Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Biohybrydowa „ryba” z komórek ludzkiego serca pływa w rytm bicia serca

Recommended Posts

Naukowcy z Uniwersytetu Harvarda i Emory University stworzyli pierwszą w pełni autonomiczną biohybrydową „rybę” zbudowaną z komórek ludzkiego mięśnia sercowego. Urządzenie pływa naśladując kurczenie się mięśni pracującego serca. To krok w kierunku zbudowania sztucznego serca z mięśni i stworzenia platformy do badania takich chorób, jak arytmia.

Naszym ostatecznym celem jest zbudowanie sztucznego serca, które mogłoby zastąpić nieprawidłowo rozwinięte serce u dzieci, mówi profesor Kit Parker z Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS). Większość prac związanych ze stworzeniem tkanki mięśniowej lub serca, w tym część prac prowadzonych przez nas, skupia się na skopiowaniu pewnych funkcji anatomicznych lub uzyskaniu prostego rytmu serca w sztucznej tkance. Tutaj zaś zaczynamy inspirować się biofizyką serca, co jest znacznie trudniejsze. Za wzór nie bierzemy samej budowy serca, a biofizyczne podstawy jego funkcjonowania. To je wykorzystaliśmy jako punkt wyjścia naszej pracy.

Naukowcy wykorzystali kardiomiocyty – komórki mięśnia sercowego odpowiadające za kurczenie się – i inspirowali się kształtem danio pręgowanego oraz ruchami, jakie wykonuje podczas pływania.

W przeciwieństwie do innych urządzeń, ogon biohybrydy składa się z dwóch warstw komórek. Gdy te po jednej stronie się kurczą, po drugiej stronie rozciągają się. Rozciągnięci prowadzi do otwarcia kanału białkowego, który z kolei prowadzi do kurczenia się i proces się powtarza. W ten sposób powstał system napędzający „rybę” przez ponad 100 dni.

Wykorzystując mechaniczno-elektryczne sygnały pomiędzy dwoma warstwami komórek, odtworzyliśmy cykl, w którym każdy skurcz automatycznie wywołuje reakcję w postaci rozciągania się strony przeciwnej. To pokazuje, jak ważne jest sprzężenie zwrotne w mechanizmie działania pomp mięśniowych, takich jak serce, stwierdza główny autor badań, doktor Keel Yong Lee z SEAS.

Naukowcy zaprojektowali też autonomiczny moduł kontrolny, który na podobieństwo rozrusznika serca kontroluje częstotliwość i rytm spontanicznych ruchów komórek. Dzięki współpracy dwóch warstw komórek oraz modułu kontrolnego uzyskano ciągły, spontaniczny i skoordynowany ruch płetwy ogonowej w przód i w tył.

Co więcej, działanie sztucznej ryby poprawia się z czasem. W ciągu pierwszego miesiąca, w miarę dojrzewania kardiomiocytów, poprawiła się amplituda ruchów, maksymalne tempo pływania oraz koordynacja mięśni. W końcu biohybryda pływała równie szybko i efektywnie jak prawdziwy danio pręgowany.

Teraz naukowcy przymierzają się do zbudowania bardziej złożonych biohybryd z komórek ludzkiego serca. To, że potrafię zbudować z klocków model serca, nie oznacza, że potrafię zbudować serce. Można na szalce Petriego wyhodować komórki komórki nowotworowe aż utworzą tętniącą grudkę i nazwać to organoidem. Jednak nic z tego nie oddaje fizyki systemu, który w czasie naszego życia kurczy się ponad miliard razy, a jednocześnie w locie odbudowuje swoje komórki. To jest prawdziwe wyzwanie. I tam właśnie chcemy dojść, mówią uczeni.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      University of Maryland Medical Center informuje o przeprowadzeniu pierwszego w historii udanego przeszczepu serca świni człowiekowi. Biorcą przeszczepu był 57-letni mężczyzna z terminalną chorobą serca, dla którego tego typu zabieg był jedyną opcją terapeutyczną. Po raz pierwszy w historii serce genetycznie zmodyfikowanej świni zostało przeszczepione człowiekowi i nie doszło do natychmiastowego odrzucenia.
      Mam wybór, albo umrzeć, albo poddać się temu przeszczepowi. Chcę żyć. Wiem, że to strzał na oślep, ale to moja jedyna szansa, mówił David Bennett na dzień przed zabiegiem. Mężczyzna był wielokrotnie hospitalizowany.
      FDA (Food and Drug Agency) wydała nadzwyczajną zgodę na przeprowadzenie zabiegu w ostatnim dniu ubiegłego roku. O zgodę taką można starać się w odniesieniu do eksperymentalnych produktów medycznych – w tym wypadku genetycznie zmodyfikowanego świńskiego serca – gdy ich wykorzystanie jest jedyną dostępną opcją u pacjenta z zagrażającą życiu chorobą.
      To przełomowy zabieg, który przybliża nas do momentu rozwiązania problemu z brakiem organów do przeszczepu. Po prostu nie ma tylu dawców z nadającymi się do przeszczepu sercami, by zaspokoić długą listę oczekujących, mówi główny operator profesor Bartley P. Griffith. Postępujemy bardzo ostrożnie, ale też jesteśmy pełni nadziei, że ten pierwszy w historii zabieg da w przyszłości szansę pacjentom.
      Profesor Griffith ściśle współpracował z profesorem Muhammadem M. Mohiuddinem, jednym z najlepszych na świecie specjalistów od przeszczepów organów zwierzęcych (ksenotransplantacji), który dołączył do University of Maryland przed pięcioma laty i wraz z prof. Griffinem stworzyli Cardiac Xenotransplantation Program. To kulminacja wieloletnich bardzo złożonych badań i doskonalenia techniki na zwierzętach, które przeżyły z organem obcego gatunku ponad 9 miesięcy. FDA wykorzystała nasze dane i dane na temat eksperymentalnej świni podczas procesu autoryzowania przeszczepu, mówi Mohiuddin.
      Ksenotransplantacje mogą uratować tysiące ludzi, ale wiążą się z ryzykiem wystąpienia niebezpiecznej reakcji układu odpornościowego biorcy. Może dojść do gwałtownego natychmiastowego odrzucenia i śmierci pacjenta.
      Pierwsze ksenotransplantacje były przeprowadzane już w latach 80. XX wieku, ale w dużej mierze porzucono je po słynnym przypadku Stephanie Fae Beauclair. Dziewczynka urodziła się ze śmiertelną wadą serca, przeszczepiono jej serce pawiana, jednak dziecko zmarło miesiąc później w wyniku reakcji układu odpornościowego. Od wielu jednak lat w kardiochirurgii z powodzeniem wykorzystuje się świńskie zastawki serca.
      Pan Bennett trafił do szpitala na sześć tygodni przed zabiegiem. Został wówczas podłączony do ECMO. Nie kwalifikował się do tradycyjnego przeszczepu, a z powodu arytmii nie mógł mieć wszczepionego sztucznego serca.
      Oprócz eksperymentalnej procedury pacjentowi podawany jest też, obok tradycyjnych środków, eksperymentalny lek zapobiegający odrzuceniu przeszczepu.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Duńscy naukowcy ustalili, jaki był ostatni posiłek słynnego Człowieka z Tollund, jednego z tzw. bog people, ludzi, których ciała zachowały się w świetnym stanie w bagnach. Człowiek z Tollund zmarł 2400 lat temu, a jego zwłoki znaleziono w 1950 roku w torfowisku na Półwyspie Jutlandzkim. Prawdopodobnie został złożony bogom w ofierze.
      Bazując się na mocno zdegradowanym materiale, byliśmy w stanie szczegółowo odtworzyć ostatni posiłek Człowieka z Tollund. Z takimi szczegółami, że niemal możemy podać przepis, mówi Nina Helt Nielsen, główna badaczka w Museum Silkeborg.
      Badania wykazały, że przed śmiercią Człowiek z Tollund zjadł owsiankę, która składała się w 85% z jęczmienia (335 g), 9% wierzbownicy bladoróżowej (29 g) oraz 5% lnu (16 g). Pozostały 1% posiłku stanowiły pozostałości 20 różnych roślin, w tym wiele nasion chwastów – w tym bardzo dużo nasion bylin z rodziny szparagowatych – a także ziarna piasku czy kawałki węgla. Wszystko to najprawdopodobniej zanieczyszczenia, które przypadkowo dostały się do posiłku. Ponadto analiza białek wykazała, że Człowiek z Tollund zjadł rybę, która znajdowała się albo w owsiance, albo stanowiła osobny posiłek.
      Duża ilość nasion chwastów w owsiance świadczy o tym, że zostały one dodane tam celowo. Prawdopodobnie nasiona takie były oddzielane w procesie przesiewania zboża, zbierane i używane jako przyprawy. Taka interpretacja zgadzałaby się z tym, co wiemy o diecie innych ludzi z bagien, w której nasiona chwastów stanowiły nawet większy odsetek niż u Człowieka z Tollund. Tak było np. w przypadku mężczyzny z Grauballe, w którego żołądku znaleziono owsiankę złożoną głownie z nasion chwastów, a mężczyzna z Borremos zjadł w ramach ostatniego posiłku wyłącznie takie nasiona.
      Już w ramach wcześniejszych badań odkryto, że takie odpadowe nasiona pochodzące z przesiewania ziarna były przechowywane wraz z ziarnami zbóż. Stanowiły one jednak niewielki odsetek składowanych ziaren. Powstaje zatem pytanie, co oznacza wyraźna nadreprezentacja nasion chwastów w żołądkach ludzi pochowanych na bagnach.
      Być może taki odpadowy materiał był przechowywany na specjalne okazje, jak ofiary z ludzi. A może był przyprawą dodawaną czasem do konkretnych posiłków. Jeszcze tego nie wiemy. Ale tona pewno kwestia, którą warto zbadać, mówi Nina Helt Nielsen.
      Posiłek, który zjadł Człowiek z Tollund był dość odżywczy. Jego zawartość kaloryczna wynosiła połowę dziennego zapotrzebowania na energię mężczyzny o ograniczonej aktywności fizycznej. Z dietetycznego punktu widzenia, był to całkiem niezły posiłek, patrząc na proporcje tłuszczu, białek i węglowodanów, stwierdza Peter Steen Henriksen, badacz z Muzeum narodowego. Znalezione fragmenty węgla wskazują, że owsianka się nieco przypaliła. W żołądku mężczyzny znaleziono również ślady roślinności bagiennej. Naukowcy uważają, że albo do przygotowania owsianki użyto wody z bagien, albo mężczyzna pił tę wodę przed śmiercią.
      W organizmie Człowieka z Tollund znaleziono też jaja pasożytów, w tym tasiemców i włosogłówek. To dowód na kontakt z wodą lub pożywieniem zanieczyszczonymi ludzkimi odchodami.
      Wiemy też, że Człowiek z Tollund zginął 12–14 godzin po ostatnim posiłku. Został powieszony, a jego ciało starannie złożono w grobie. To właśnie staranny pochówek sugeruje, że złożono go w ofierze, a nie był np. skazanym na śmierć przestępcą.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Po latach poszukiwań rumuńskim ekologom udało się sfotografować i sfilmować rybę asprete, żywą skamieniałość. Gatunek Romanichthys valsanicola (Głowaczogłów ardżeszański) pochodzi sprzed 65 milionów lat, jest więc współczesny ostatnim dinozaurom, jakie chodziły po Ziemi. To najrzadsza ryba w Europie, a być może na świecie. Liczebność gatunku ocenia się na 10-15 osobników.
      Ten endemit żyje obecnie tylko w dolinie rzeki Valsan w górach Fagaras. Gdy został odkryty w 1956 roku zamieszkiwał też rzeki Ardżesz i Doamnei, jednak eksploatacja tych rzek przez człowieka spowodowała, że głowaczogłów w nich wyginął.
      Jeszcze niedawno wydawało się, że Romanichthys valsanicola dołączył do wielu innych gatunków wytępionych przez człowieka. Ostatnie osobniki widziano bowiem kilka lat temu. Na szczęście okazało się, że w jednej z górskich dolin żyje niewielka populacja tej żywej skamieniałości.
      Gatunek jest krytycznie zagrożony, a główną tego przyczyną jest działalność człowieka. Główne zagrożenia to zanieczyszczenie środowiska, eksploatacja rzek, budowa hydroelektrowni, fragmentacja habitatu, wydobywanie kamieni z dna rzeki oraz wycinka nadbrzeżnych drzew.
      Głowaczogłowa udało się sfotografować przed trzema tygodniami, a dokonali tego ichtiolodzy Andrei Togor i Marcus Drimbea. Udowodnili, że gatunek istnieje, chociaż jego zasięg dramatycznie skurczył się do kilku kilometrów w dolinie Valsan. Ichtiologom w poszukiwaniach pomagał ekolog Alexandru Gavan, jeden z najsłynniejszych rumuńskich himalaistów, zdobywca 7 ośmiotysięczników, na które wszedł bez pomocy Szerpów czy dodatkowego tlenu. W lipcu ubiegłego roku z jego inicjatywy powstał zespół, którego celem jest ochrona głowaczogłowa przed zagładą.
      Jest prosty sposób na ochronę asprete: Rumunia musi zacząć przestrzegać i egzekwować swoje własne prawo. Ironią losu jest fakt, że olbrzymia część zniszczeń rzeki Valsan to dzieło państwowych instytucji i organizacji. Największym zagrożeniem dla Romanychthys valsanicola jest niski poziom wody w rzece, a jest on spowodowany tym, że firma Hidroelectrica, która zarządza elektrownią wodną, skupia się wyłącznie na maksymalizacji zysku i dzieje się to kosztem bioróżnorodności oraz z naruszeniem prawa. Robią tak nie tylko na rzece Valsan, ale również na wielu innych rzekach, mówi Gavan.
      Ta żywa skamieniałość to nasz symbol narodowy [jej nazwa pochodzi o nazwy kraju – red.] i ma takie samo prawo do życia na tej pięknej planecie, jak my. Ziemia jest obfita w różne formy życia, ale by mogły one istniej musimy dać im na to miejsce. Każdy z nas musi rozumnie używać jej zasobów, brać tylko to, co jest potrzebne, dodał.


      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Choroby układu krążenia są główną przyczyną zgonów na świecie. Lepsze zrozumienie mechanizmów tych chorób pozwoliłoby na uratowanie wielu ludzi. Niezbędnym elementem jest tutaj zaś zrozumienie procesów molekularnych zachodzących w komórkach zdrowego serca. Naukowcy stworzyli właśnie wielką szczegółową mapę zdrowego mięśnia sercowego.
      Mapa powstała w ramach wielkiej inicjatywy Human Cell Atlas, której celem jest opisanie każdego typu komórek znajdujących się w ludzkim organizmie. Autorzy atlasu serca przeanalizowali niemal 500 000 indywidualnych komórek. Dzięki temu powstał najbardziej szczegółowy opis ludzkiego serca. Pokazuje on olbrzymią różnorodność komórek i ich typów. Jego autorzy scharakteryzowali sześć regionów anatomicznych serca. Opisali, w jaki sposób komórki komunikują się ze sobą, by zapewnić działanie mięśnia sercowego.
      Badania przeprowadzono na podstawie 14 zdrowych ludzkich serc, które uznano za nienadające się do transplantacji. Naukowcy połączyli techniki analizy poszczególnych komórek, maszynowego uczenia się oraz techniki obrazowania, dzięki czemu mogli stwierdził, które geny były aktywne, a które nieaktywne w każdej z komórek.
      Uczonym udało się zidentyfikować różnice pomiędzy komórkami w różnych regionach serca. Stwierdzili też, że w każdym obszar mięśnia sercowego zawiera specyficzny dla siebie zestaw komórek, co wskazuje, że różne obszary serca mogą różnie reagować na leczenie.
      Projekt ten to początek nowego sposobu rozumienia budowy serca na poziomie komórkowym. Dzięki lepszemu poznaniu różnic pomiędzy różnymi regionami serca możemy zacząć rozważać wpływ wieku, trybu życia oraz chorób i rozpocząć nową epokę w kardiologii, mówi współautor badań Daniel Reichart z Harvard Medical School.
      Po raz pierwszy tak dokładnie przyjrzano się ludzkiemu sercu, dodaje profesor Norbert Hubner z Centrum Medycyny Molekularnej im. Maxa Delbrücka. Poznanie pełnego spektrum komórek serca i ich aktywności genetycznej są niezbędne do zrozumienia sposobu funkcjonowania serca oraz odkrycia, w jaki sposób reaguje ono na stres i choroby.
      Ze szczegółami badań można zapoznać się w artykule Cells of the adult human heart, opublikowanym na łamach Nature.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...