Cientistas fizeram um ‘peixe’ a partir de células cardíacas humanas, e ele nada como um coração batendo

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Com a cauda balançando ritmicamente de um lado para o outro, esse estranho peixe sintético vasculha sua solução de sal e glicose, usando a mesma força que nossos corações pulsantes.

Este sistema circulatório miniaturizado bacana, desenvolvido por cientistas das universidades de Harvard e Emory, pode continuar nadando no ritmo por mais de 100 dias.

Os inventores têm grandes esperanças para o pequeno e estranho dispositivo, composto de células vivas do músculo cardíaco (cardiomiócitos) cresceu a partir de humanos células-tronco.

A criação do peixe ‘biohíbrido’ concentra-se em duas características reguladoras fundamentais de nossos corações: sua capacidade de funcionar espontaneamente, sem necessidade de entrada consciente (automaticidade); e mensagens iniciadas por movimento mecânico (sinalização mecanoelétrica).

Espera-se que esses insights aprendidos com a pesquisa permitam que os pesquisadores examinem mais de perto esses aspectos nas doenças cardíacas.

“Nosso objetivo final é construir um coração artificial para substituir um coração malformado em uma criança”. diz O bioengenheiro da Universidade de Harvard, Kevin Kit Parker.

Embora seja bastante simples criar algo que possa parecer um coração, fazer algo que realmente funcione como um é um desafio muito mais difícil. O peixe-robô se contorcendo é um grande passo para isso, com base em trabalhos anteriores usando músculos do coração de rato para construir um bomba biohíbrida de água-viva e um arraia ciborgue.

“Eu poderia construir um modelo de coração com massinha de modelar, isso não significa que eu possa construir um coração” explica Parker.

“Você pode cultivar algumas células tumorais aleatórias em um prato até que elas se transformem em um nódulo latejante e chame-o de organoide cardíaco. Nenhum desses esforços vai, por design, recapitular a física de um sistema que bate mais de um bilhão de vezes durante sua vida enquanto simultaneamente reconstrói suas células em tempo real.

“Esse é o desafio. É aí que vamos trabalhar.”

Com duas camadas de cardiomiócitos em cada lado da barbatana caudal, o peixe biohíbrido é construído para ser autônomo – ele pode autoperpetuar seu próprio movimento.

Quando um lado aperta, o outro lado é esticado, acionando um mecanismo de feedback que faz com que o lado esticado se contraia e então acione o mesmo mecanismo do outro lado em um ciclo contínuo.

Este sistema de contrações musculares assíncronas é baseado em músculos de vôo de insetos.

Cada contração aciona automaticamente o outro par de músculos para se contrair. (Lee et al., Ciência, 2022)

A flexão física é o movimento mecânico que ativa o sinal elétrico formando canais iônicos nos músculos. Esses canais iônicos acionam os músculos para ativar e contrair.

Expor o sistema a estreptomicina e gadolínio – conhecido por interromper os canais iônicos nos músculos – acabou diminuindo as velocidades de natação e quebrando a relação entre o alongamento mecânico e o desencadeamento da próxima contração do outro lado. Isso confirmou que os canais iônicos estavam de fato envolvidos com as contrações rítmicas.

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

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

Parker e seus colegas também integraram um sistema semelhante ao marca-passo no biohíbrido: um aglomerado isolado de células que controlam a frequência e a coordenação desses movimentos.

“Por causa dos dois mecanismos internos de estimulação, nossos peixes podem viver mais, mover-se mais rápido e nadar com mais eficiência do que o trabalho anterior”, disse. explica pesquisador de biofísica Sung-Jin Park, o co-primeiro autor do estudo.

As contrações do tecido do peixe biohíbrido são comparáveis ​​às do peixe-zebra que o biohíbrido é modelado – impulsionando o pequeno dispositivo com mais eficiência do que os sistemas robóticos mecânicos.

“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 design e replicando-os em um sistema, um peixe vivo, nadando, onde é muito mais fácil ver se somos bem sucedidos”, diz Parker.

Esta pesquisa foi publicada em Ciência.



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