Sztuczna meduza pływa w rytm bicia serca

Stworzenie to jest amalgamatem polimeru silikonu i komórek mięśnia sercowego. Na podstawie niedawnych postępów w biomechanice morskiej, nauce o materiałach i w inżynierii tkankowej, zespół naukowców na Harvard University i California Institute of Technology (Caltech) zmienił martwy silikon i żyjące komórki mięśnia serca w swobodnie pływającą ,,meduzę”. Metoda skonstruowania stworzenia, nazwanego Medusoid, została przedstawione w przeglądzie naukowym Nature Biotechnology.

Współautor badań, Kevin Kit Parker, wykazał już wcześniej, że modyfikowane biologicznie konstrukcje mogą chwytać, pompować, a nawet chodzić.

Podobnie jak ludzkie serce pompuje krew w ciele, meduzy pompują wodę, by poruszać się. Naukowcy chcieli przede wszystkim dowiedzieć się jak odtworzyć główną funkcję ruchową meduzy, a tym samym przekonać się jak takie pompy naprawdę działają.

Parker, profesor Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), a także członek Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, mówi, że zaczął zastanawiać się w 2007 roku nad fundamentalnymi prawami pomp mięśniowych.

Obserwował morskie organizmy, które, żeby przeżyć, musiały pompować. Natychmiast zauważył podobieństwa i różnice pomiędzy meduzą i ludzkim sercem.

W pracach nad ,,Medusoidą”, Parker współpracował z Janną Nawroth, a także z jej doradcą - Johnem Dabiri.

,,Ważnym celem naszych badań był postęp w inżynierii tkankowej” – mówi Janna Nawroth.

Okazało się, że meduza, uważana za najstarsze zwierzę wieloorganowe na świecie, była idealnym obiektem, ponieważ używa mięśni do poruszania się, a jej podstawowa morfologia zbliżona jest do morfologii bijącego ludzkiego serca.

Warstwa tkanki szczurzego mięśnia sercowego, która skurczała się, gdy była elektrycznie pobudzona w ciekłym środowisku, okazała się doskonałym surowcem do stworzenia sztucznej meduzy.

Zespół posłużył się więc polimerem silikonowym, który modeluje ciało sztucznej istoty żywej. Polimer został włączony do błony, która przypomina niewielką meduzę z ośmioma wyrostkami.

Sztuczna konstrukcja została umieszczona w pojemniku z woda morską, a następnie pobudzona prądem do pływania. Skurcze mięśni naśladowały skurcze mięśni prawdziwej meduzy.

Tak naprawdę, komórki zaczęły się kurczyć nawet trochę wcześniej, niż zastosowany został prąd elektryczny.

,,Byłem zaskoczony, że za pomocą stosunkowo niewielu substancji byliśmy w stanie odtworzyć piękny i złożony styl pływania oraz zachowania żywieniowe, które można zauważyć u żywej meduzy” – mówi Dabiri.

Ta strategia projektowania będzie miała zastosowanie w inżynierii mięśniowych organów ludzkich.

Parker dodaje jeszcze, że podjął wyzwanie "zbudowania" istoty żywej, aby poddać wątpliwości tradycyjny pogląd na biologię syntetyczną, która skupiona jest jedynie na manipulacjach genetycznych w komórce. Zamiast budowania tylko komórek, on chce naprawdę ,,zbudować bestię”.

Nie mogąc się doczekać, naukowcy dążą, by ponadto opracować sztuczną meduzę, która potrafiłaby zmieniać kierunek oraz zakręcać. A nawet, naukowcy planują włączyć prosty ,,mózg”, dzięki któremu stworzenie mogłoby reagować na środowisko i odtwarzać bardziej złożone zachowania.

Wraz z Parkerem, Nawroth i Dabirim współpracowali inni naukowcy z Harvardu: Hyungsuk Lee, Adam W. Feinberg, Crystal M. Ripplinger, Megan L. McCain i Anna Grosberg.