科学家利用人类心脏细胞造出能自己游泳的生物杂交鱼

为了解码人类心脏的动态，哈佛大学和埃默里大学的研究人员设立了一个巧妙的实验。他们创造了约500条生物杂交鱼，这些鱼除了尾鳍上有活的人类心脏细胞外，其余都是人工的。然后，这些小动物就“活了”。


哈佛大学疾病生物物理学小组的前博士后研究员Sung-Jin Park说道：“我们基本上把它们存放在我们的孵化器里，然后我们完全忘记了它们，有两三个星期。当我们打开孵化器时，所有的鱼都自己在游泳。”Park也是周四发表在《科学》上的关于这种鱼的研究的论文第一作者之一。 心脏细胞收缩、拉伸，一般来说是按照真正的心脏的方式运作--导致尾巴自主地移动。 “我们不需要任何外部刺激，”Park说道。这些鱼可以简单地随着心脏的跳动游来游去，而且奇怪的是，它们的表现比它们所基于的真正的斑马鱼更好。“它们自己刺激自己，自己锻炼自己，它们变得更强壮，”Park说道。 论文共同作者、哈佛大学工程与应用科学学院的博士后Keel Yong Lee表示，“我想在水族馆里展示生物杂交鱼”，看看它的表现如何。


为了创造他们的鱼，该团队首先从干细胞中提取了人类心脏细胞或称心肌细胞--科学家可以哄骗它们成为任何类型的细胞。心脏细胞被分层放置在每条鱼的尾巴两侧，然后让这些生物鱼自生自灭，在一个营养池中自由游动约100天。在这段时间里，研究人员收集了它们的运动信息，他们还能够利用光线来控制鱼的运动。 然后，他们牺牲了这些独特的水生动物并开始分析数据，如每次收缩的节奏和频率。这些参数，特别是可以帮助我们了解心律失常或不规则心跳的病人的心脏是如何精确运作的。 将水生动物的心脏发射到外太空 Park解释说，他开发生物杂交鱼的动机是为了超越人类心脏的典型研究方式。通常情况下，包括Park在内的研究人员会生成高度复杂的器官三维结构来说明其结构。 “我更多地考虑的是功能结构。我是在思考如何在功能上连接每一个单独的细胞，”Park说道。 事实上，这种鱼是他处理生物杂交心脏动物的几个项目中的一个。2012年，Park和他的团队制作了一个类似水母的生物，2016年则制作了一个黄貂鱼。然而，这两个项目都是由大鼠心脏细胞制成的，而非人类。 在未来，Park说他考虑把这种生物杂交机器人系统送上太空，称这是研究微重力引起的肌肉萎缩的完美方式或由于太空缺乏重力导致的肌肉组织崩溃。 众所周知，宇航员在长期的虚空旅行后会经历这样的肌肉侵蚀，Park表示--“也许我们也可以利用这一知识来了解衰老是如何影响肌肉萎缩的。” “许多人认为这将是弗兰肯斯坦，”Park说，“（对此）我不知道--这不可能是弗兰肯斯坦。现在，它真的专注于心肺功能的应用。” 未来的心脏起搏器 作为一个较短期的目标，Park称新的研究结果可以为人工心脏的发展铺平道路，另外还可以帮助推进心脏起搏器背后的技术，这些小型设备通常使用电信号来调节生病的心脏。 比如可以通过培养鱼的组织来产生生物起搏器，使其跟人体一起发展，特别是为需要这种设备的儿童。Park说道：“当儿科病人长大时，电子心脏起搏器不能成长。生物起搏器可以。” 但有一个限制性步骤。目前，生物杂交鱼组织自发“跳动”，对其行为的控制几乎为零。Park说道：“当我们把它放入心脏时，我们必须去除自发活动。否则，与之整合的心肌将绝对跑偏。我们的最终目标是建立一个（全功能）的心脏，但与此同时，我们正试图建立一个更成熟的心脏组织。” 这个研究团队将他们的小鱼看作是一块垫脚石以制造出一个更复杂的生物杂交生物，另外还将继续朝着更逼真的人造心脏的方向发展。