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利用人類干細胞培育出人造心臟是解決兒童先天性心臟病的一種具有前景的研究方法。哈佛大學(xué)和埃默里/喬治亞理工學(xué)院的研究人員在魚類身上獲取靈感，發(fā)明出一種半機械的生物混合魚（hybrid fish），并從中發(fā)現(xiàn)了心臟機械電信號自律性機制。

這項研究于2月11日被發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。“我們的最終目標(biāo)是培育出人造心臟來代替兒童患兒的畸形心臟。”論文的資深作者帕克（Kevin Kit Parker）教授表示， “我們沒有使用心臟成像作為藍本，而是希望確定驅(qū)動心臟工作的關(guān)鍵生物物理原理，并以其作為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，將它們復(fù)制到生物混合魚系統(tǒng)中。”

研究論文共同第一作者、生物醫(yī)學(xué)工程師Sung Jin Park告訴第一財經(jīng)記者，這項研究利用生物混合魚的發(fā)現(xiàn)，回答了現(xiàn)有的生物起搏器存在的一些問題，希望從心臟電生理結(jié)構(gòu)和功能方面，幫助人們了解未來人造心臟工作的關(guān)鍵生物物理原理。

為了學(xué)習(xí)如何制造人造心臟，研究團隊用人類心肌細胞培養(yǎng)了這條生物混合魚。通過模擬跳動的心臟和心肌的收縮，魚可以協(xié)調(diào)身體和尾鰭的運動，在游泳時產(chǎn)生推進力，并持續(xù)游動長達108天，相當(dāng)于心臟跳動3800萬次，這是一項史無前例的實驗。

Park告訴第一財經(jīng)記者，有趣的是，生物混合魚能夠自主通過肌肉的拉伸和收縮來游動，是一個極其偶然的發(fā)現(xiàn)。一開始，團隊使用光遺傳學(xué)來控制魚的運動，就像此前在其他魚身上做的實驗。有一天，做完這個實驗后，研究人員隨手把魚保存在孵化器里，但完全沒有想到的是，幾周后當(dāng)他們打開孵化器時，發(fā)現(xiàn)這條魚竟然在自行游動。

這讓團隊感到驚奇，他們沒有想到機械電的耦合效應(yīng)會強大到足以驅(qū)動魚的運動。長期以來，人們對機械電信號如何驅(qū)動自主節(jié)律運動的機制并不清楚，這項研究提供了新的見解。

“這項技術(shù)為創(chuàng)建能夠進行穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)和自適應(yīng)行為控制的自主系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)性的研究工作。”該團隊表示，“研究結(jié)果表明人們有機會重新審視心臟在仿生系統(tǒng)中如何工作的長期假設(shè)，并有助于對心血管生理學(xué)中的結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系進行更精細的分析。”

“這篇論文的主要成就是，可以在沒有任何外力控制機制的情況下，構(gòu)建一種可以通過自主控制和自主節(jié)律運動的活體心肌。”Park對第一財經(jīng)記者表示。

Park最早在哈佛大學(xué)保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院帕克（Kit Parker）實驗室擔(dān)任博士后，研究生物混合魚。 他目前是埃默里/喬治亞理工學(xué)院Wallace H. Coulter生物醫(yī)學(xué)工程系的助理教授，并參與多細胞工程生命系統(tǒng) (M-CELS) 計劃。

在哈佛大學(xué)生物工程和應(yīng)用物理學(xué)教授Kit Parker的帶領(lǐng)下，此前該小組已經(jīng)從大鼠心臟細胞中開發(fā)了生物混合黃貂魚和水母，但這次的半械魚游動的時間創(chuàng)下紀(jì)錄之最，也使其成為研究心臟與機械過程相關(guān)活動的絕佳平臺，例如作為心律失常（竇房結(jié)功能障礙）的研究模型。

Park告訴第一財經(jīng)記者，希望進一步研究機械電信號作為心律管理的治療目標(biāo)，并將最新的研究結(jié)果應(yīng)用于設(shè)計“生物起搏器”，生物起搏器未來有望成為目前電子心臟起搏器的潛在替代品。作為長期植入人體的設(shè)備，生物起搏器可以植入兒童心臟病患者體內(nèi)，并逐漸“長大”。

“現(xiàn)在已經(jīng)有一些關(guān)于生物起搏器的技術(shù)，但是還沒有用應(yīng)用到人體。原因是現(xiàn)有技術(shù)還存在瓶頸。”Park對第一財經(jīng)記者表示，“我們在最新項目中的發(fā)現(xiàn)可以提供一些解決問題的思路。”