人心肌细胞制成的“人工鱼”

美国哈佛大学和埃默里大学的研究人员合作，利用人类干细胞衍生的心肌细胞，制造出一种完全自主的“人工鱼”。这种生物混合装置包含生物和人工两部分，通过心肌的收缩，可以在水中游泳100天以上。这一成果有助于开发由活肌细胞制成的人工心脏，为研究心律失常等心脏疾病提供平台。相关论文于10日发表于《科学》杂志。

心脏有两个功能调节特征：机械电信号和自动性，研究人员将其转移到人工斑马鱼装置中。该装置的灵感来自斑马鱼的形状和游泳动作。人工斑马鱼有两层肌肉细胞，尾鳍两侧各有一层。研究人员利用外部光基因刺激来控制它的肌肉收缩，让它像鱼一样游泳。一边收缩，另一边伸展。这种拉伸会触发机械敏感蛋白通道的打开，进而导致收缩，进而导致拉伸等等，形成一个封闭的循环系统，可以推动其自主游动108天。

研究人员说：“通过两层肌肉之间心脏的机械电信号，我们重建了一个系统，可以自动循环每次收缩。”结果研究突出了反馈机制在心脏等肌泵中的作用。

研究人员还设计了一个自主起搏节点，就像起搏器一样，来控制自发收缩的频率和节奏。人工鱼的两层肌肉结合自主起搏节点，可以产生连续、自发、协调的鳍摆动。

该论文的第一作者、前海洋疾病生物物理组博士后朴成金说：“由于这两种内在的起搏机制，我们的鱼比以前活得更长、移动更快、游泳效率更高。”这一创新为研究心律的电信号提供了模型，也为理解窦房结功能障碍和心律失常的病理生理学提供了模型。

这种人工鱼的“体力”会随着它的“年龄”而提高。其肌肉收缩幅度、最大游泳速度和肌肉协调性均随着第一个月心肌细胞的成熟而改善。最后，人工斑马鱼可以达到与野生斑马鱼相似的速度和游泳效率。

资深作者、哈佛大学应用物理学教授基特帕克(Kit Parker)说：“我们的最终目标是建立一个人造心脏，可以替代儿童畸形的心脏。”

本研究中的“人工鱼”是由来源于人类干细胞的心肌细胞制成，是人类干细胞研究的成果之一。什么是干细胞？干细胞作为一种具有自我复制和分化能力的多潜能细胞，在一定条件下可以向多个方向分化为组织细胞，这是普通细胞所不具备的“特殊功能”。利用这一特性，干细胞在开发人工器官、治疗遗传疾病甚至抗击传染病方面显示出了无与伦比的潜力。