martes, mayo 24, 2022
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El ‘pez biohíbrido’ hecho de células cardíacas humanas nada como un corazón que late

Científicos desarrollan peces artificiales autónomos hechos de células cardíacas

investigadores de las universidades de harvard y emory han colaborado para desarrollar un ‘pez biohíbrido’ completamente autónomo hecho de células musculares cardíacas humanas. el diminuto pez artificial mueve su cola de lado a lado y nada alrededor de su solución de sal y glucosa, imitando las contracciones musculares de un corazón que late. Los científicos tienen grandes esperanzas en este extraño dispositivo, que puede acercarlos un paso más al desarrollo de una bomba muscular artificial más compleja y proporcionar una plataforma para estudiar enfermedades cardíacas como la arritmia.

El 'pez biohíbrido' hecho de células cardíacas humanas nada como un corazón que late
el primer pez biohíbrido completamente autónomo a partir de células musculares cardíacas humanas

imagen cortesía de michael rosnach, keel yong lee, parque sung-jin, kevin kit parker, a través de la escuela de ingeniería de harvard

¿Pueden los peces ayudarnos a construir un corazón artificial?

según kit parker, profesor de bioingeniería en la harvard john a. escuela paulson de ingenieria y ciencias aplicadas (MARES) y el autor principal de este artículo, el objetivo final de la investigación es construir un corazón artificial que pueda reemplazar un corazón malformado en un niño. aunque crear algo que parezca un corazón puede parecer bastante sencillo, crear algo que realmente funcione como uno es mucho más difícil. ‘la mayor parte del trabajo en la construcción de tejido cardíaco o corazones, incluyendo algunos trabajos que hemos realizado, se centra en replicar las características anatómicas o replicar el simple latido del corazón en los tejidos diseñados. pero aquí, nos inspiramos en el diseño de la biofísica del corazón, que es más difícil de hacer.’ Parker explica. en lugar de utilizar imágenes del corazón como modelo, los investigadores han seleccionado las principales características biofísicas que hacen que el corazón funcione, utilizándolas como principios de diseño y reproduciéndolas en un pez nadador.

El 'pez biohíbrido' hecho de células cardíacas humanas nada como un corazón que late

imagen cortesía de michael rosnach, keel yong lee, parque sung-jin, kevin kit parker, a través del instituto wyss

nadando al ritmo de un corazón

En este proyecto, los científicos han desarrollado el primer pez biohíbrido totalmente autónomo a partir de cardiomiocitos derivados de células madre humanas. inspirado en la forma y el movimiento de natación del pez cebra, el pez sintético integra dos capas de células musculares, una a cada lado de la aleta caudal. cuando un lado se contrae, el otro se estira. este estiramiento desencadena la apertura de un canal de proteína mecanosensible, lo que provoca una contracción, que a su vez desencadena un estiramiento, y así sucesivamente. el resultado es un sistema circulatorio de circuito cerrado que puede mantener a los peces en movimiento durante más de 100 días.

el equipo de investigación también ha diseñado un nodo de estimulación autónomo, como un marcapasos, que controla la frecuencia y el ritmo de las contracciones. juntas, las dos capas de músculo y el nodo de estimulación permiten que el pez nade a través de movimientos continuos, espontáneos y coordinados de ida y vuelta.

El 'pez biohíbrido' hecho de células cardíacas humanas nada como un corazón que late
esquemas de peces biohíbridos que nadan de forma autónoma

imagen cortesía de michael rosnach, keel yong lee, parque sung-jin, kevin kit parker, a través del instituto wyss

a diferencia de un pescado en su refrigerador, este pescado artificial mejora con la edad. su amplitud de contracción muscular, velocidad máxima de natación y coordinación muscular aumentan a medida que maduran las células de cardiomiocitos. de hecho, los investigadores descubrieron que el pez biohíbrido finalmente alcanzó velocidades y una eficacia de natación similares a las del pez cebra en la naturaleza.

los investigadores esperan construir dispositivos biohíbridos aún más complejos a partir de células cardíacas humanas en un futuro próximo. ‘Podría construir un modelo de corazón con plastilina, eso no significa que pueda construir un corazón’ dice parker. ‘Puedes hacer crecer algunas células tumorales al azar en un plato hasta que se cuajen en un bulto palpitante y lo llames organoide cardíaco. ninguno de esos esfuerzos va a, por diseño, recapitular la física de un sistema que late más de mil millones de veces durante su vida mientras reconstruye sus células sobre la marcha. ese es el reto. ahí es donde vamos a trabajar.

información del proyecto:

nombre: un pez biohíbrido de natación autónoma diseñado con biofísica cardíaca humana
autores: david g. Mateo, sean l. kim, carlos antonio márquez, john f. zimmerman, herdeline ann m. ardona, andré g. kleber y george contra lauder

Apoyado por: institutos nacionales de salud centro nacional para el avance de las ciencias traslacionales y centro nacional de ciencia e ingeniería de investigación de materiales de la fundación científica

myrto katsikopoulou Yo diseñoboom

17 de febrero de 2022

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