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Sábado, Julho 2, 2022

Cientistas criam peixe artificial alimentado por células do coração humano

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Este robô híbrido semelhante a um peixe nada usando células do coração humano. Crédito: Michael Rosnach, Keel Yong Lee, Sung-Jin Park, Kevin Kit Parker.

Pesquisadores criaram um peixe mecânico biohíbrido que pode nadar usando uma barbatana caudal que vira de um lado para o outro, alimentada por músculos cardíacos humanos cultivados em laboratório. Este robô de aparência estranha foi capaz de nadar ao ritmo de um coração por mais de 100 dias, e os cientistas esperam alavancar esses experimentos para um dia desenvolver corações humanos totalmente funcionais para transplante.

Milhares de americanos estão na lista de espera para um transplante de coração, mas apenas 55% recebem um a tempo. E aqueles que têm a sorte de conseguir um transplante enfrentam o maior risco de seus corpos rejeitarem o novo coração. Cultivar um novo coração do zero no laboratório pode resolver tanto os problemas de escassez quanto de biocompatibilidade, já que o órgão transplantado seria cultivado a partir das próprias células do paciente.

É mais fácil falar do que fazer. Cientistas de todo o mundo criaram todos os tipos de métodos para desenvolver modelos de coração realistas. Estudos anteriores usaram uma técnica conhecida como engenharia de tecidos, na qual as células cardíacas são cultivadas em estruturas de suporte artificiais semelhantes à construção de uma casa de tijolo e argamassa. No entanto, embora esses minúsculos modelos de coração pareçam promissores com corações em desenvolvimento, eles não conseguem imitar a resposta fisiológica de um coração humano saudável.

Os pesquisadores de Harvard e da Emory University aceitaram o desafio de cultivar tecido que não apenas se parece com um coração, mas também bate como um. Eles construíram sobre pesquisa anterior em que uma equipe da Universidade de Illinois concebeu um robô macio em forma de arraia cujos movimentos de natação eram alimentados por mais de 200.000 células cardíacas de rato de bioengenharia conhecidas como cardiomiócitos, ativadas pela luz.

Desta vez, os cardiomiócitos foram derivados de células-tronco humanas, com as quais os pesquisadores revestiram cada lado da barbatana caudal do peixe biohíbrido. Cada vez que um tecido muscular se contraía ou se esticava, ele abria canais iônicos, desencadeando o movimento oposto a seguir. A mera ação de flexão física é o que aciona os músculos para ativar e contrair.

Como tal, o peixe artificial é completamente autônomo, pois pode autoperpetuar seus próprios movimentos independentemente de qualquer estímulo externo. É exatamente assim que o coração humano também funciona, recebendo instruções mínimas do cérebro.

“Ao alavancar a sinalização mecanoelétrica cardíaca entre duas camadas de músculo, recriamos o ciclo em que cada contração resulta automaticamente como uma resposta ao alongamento no lado oposto”. disse O bioengenheiro da Universidade de Harvard, Keel Yong Lee.

“Os resultados destacam o papel dos mecanismos de feedback nas bombas musculares, como o coração”.

Com o tempo, o abanar da cauda enfraqueceu, mas depois que os pesquisadores introduziram um marca-passo que libera pulsos elétricos regulares, o peixe artificial continuou nadando por mais de 100 dias.

“Por causa dos dois mecanismos internos de estimulação, nossos peixes podem viver mais, mover-se mais rápido e nadar com mais eficiência do que trabalhos anteriores”, explica o pesquisador de biofísica Sung-Jin Park, co-autor do estudo publicado na revista. Ciência.

O objetivo final é tirar essas lições para fazer um músculo artificial auto-pulsante que poderia substituir partes de um coração humano danificado; por exemplo, para reparar o órgão após um ataque cardíaco. No entanto, a tecnologia ainda está longe de chegar à sala de cirurgia. Cultivar corações do zero para transplantes é um sonho ainda mais distante.

Mas, embora esse tipo de pesquisa ainda esteja em sua infância, os resultados até agora são muito promissores.

“Nosso objetivo final é construir um coração artificial para substituir um coração malformado em uma criança”, disse Kit Parker, autor sênior do estudo. “A maior parte do trabalho na construção de tecidos ou corações cardíacos, incluindo alguns trabalhos que fizemos, está focado em replicar as características anatômicas ou replicar o simples batimento do coração nos tecidos projetados. Mas aqui, estamos nos inspirando no design da biofísica do coração, o que é mais difícil de fazer. Agora, em vez de usar imagens do coração como um modelo, estamos identificando os principais princípios biofísicos que fazem o coração funcionar, usando-os como critérios de projeto e replicando-os em um sistema, um peixe vivo, nadando, onde é muito mais fácil ver se formos bem sucedidos.”



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