Utripajoče srce plavalnega robota

Lee et al.

Večina mišic v našem telesu deluje le kot odziv na dohodne živčne signale, ki jih mora sprožiti vsaka posamezna mišična celica, da se skrči ali sprosti. Toda srčna mišica je drugačna. Impulzi, ki sprožijo krčenje srčne mišice, se prenašajo iz ene mišične celice do njenih sosedov, kar povzroči ritmični val krčenja. Tako dobro je vgrajen v sistem, da se bo list srčnih mišičnih celic v posodi za kulturo spontano skrčil.

Zdaj so raziskovalci izkoristili nekatere edinstvene lastnosti srčnih celic, da bi ustvarili plavalno robotsko ribo, ki jo poganja nič drugega kot sladkor. In ko so poskušali izenačiti srce s srčnim spodbujevalnikom, se je izkazalo, da ni potreben: pravilna razporeditev mišičnih celic je ribam omogočila spontano plavanje.

zgraditi srčno mišico

Na nek način je članek, ki opisuje nove robotske ribe, poklon naši vedno večji sposobnosti nadzora nad razvojem matičnih celic. Raziskovalci, ki stojijo za harvardskim dokumentom, so se odločili uporabiti celice srčne mišice za pogon svojega robota. Pred nekaj leti bi to pomenilo izolacijo srca od poskusne živali, preden bi izolirali in gojili lastne srčne celice v kulturi.

Matične celice so bile boljše od robotskih rib. To je zato, ker je matične celice lažje gensko manipulirati in jih je lažje gojiti v homogeni populaciji. Tako je ekipa začela s populacijo človeških izvornih celic in šla skozi proces, potreben za usmerjanje njihove rasti, da bi lahko tvorile celice srčne mišice.

Tanka plast teh celic je bila postavljena v tanek kos želatine, ki je celice držala ob straneh “ribe” (en kos na obeh straneh). Središče ribe je bilo prožno, tako da bi krčenje mišic na desni strani potegnilo rep v desno, enako pa bi delovalo tudi na nasprotni strani. Riba z izmenično levo in desno kontrakcijo vleče rep od strani do strani in ga vleče naprej. Poleg tega so imele ribe veliko hrbtno “plavut” z napravo za vzgonu, ki je žival držala pokonci in preprečila utopitev. Vse skupaj je poganjala raztopina sladkorja, ki so jo absorbirale celice srčne mišice.

READ  Vse okrožja z velikim ali znatnim tveganjem za obsežen prenos COVID-19

Morda je bil zaradi te preprostosti robot tako vzdržljiv, da je lahko plaval več kot tri mesece po izdelavi. Učinkovitost je bila sprva dobra, vendar se je v prvem mesecu izboljšala, saj so bile srčne celice bolje integrirane v koherentno mišico. Navsezadnje je riba lahko prepotovala več kot dolžino telesa na sekundo. Pri tej hitrosti je bil robot izjemno učinkovit – na enoto mišice je bila njegova plavalna hitrost boljša od hitrosti prave ribe.

Izven nadzora

Ena od stvari, ki je pripomogla k učinkovitosti robotske ribe, je opazna zaradi njene odsotnosti na zgornji fotografiji: kakršno koli krmilno vezje. Raziskovalci so dejansko preizkusili več načinov za nadzor mišic, vendar so na koncu ugotovili, da je najenostavnejša možnost najboljša.

Prvi poskusi nadzora mišic so se zanašali na malo genskega inženiringa. Krčenje mišic sproži tok ionov, ki ga običajno sprožijo živčni impulzi. Toda raziskovalci so odkrili določene beljakovine, ki delujejo kot svetlobno aktivirani ionski kanali, ki bodo ustvarili tok ionov kot odziv na določene valovne dolžine svetlobe. Zato so raziskovalci oblikovali celice na eni strani, da so občutljive na rdečo svetlobo, tiste na drugi pa na modro. To je dobro delovalo, saj je ribam omogočilo plavanje naprej z utripanjem izmeničnih utripov rdeče in modre svetlobe.

Druga metoda, ki so jo poskusili raziskovalci, je bila navdihnjena s strukturo srca, ki je sestavljeno iz skupine celic, ki delujejo kot srčni spodbujevalci, tako da sprožijo kontrakcije, ki segajo od tam. Raziskovalci so ustvarili kroglo srčnih celic, ki deluje kot srčni spodbujevalnik, in most celic, ki povezuje srčne celice s stranskimi mišicami. Pretok ionov, ki se začne v celicah srčnega spodbujevalnika, se lahko razširi na mišice in povzroči krčenje.

READ  Dokumentarni film Disney Plus med zvezdami

Do neke mere je delovalo, vendar se je izkazalo, da je drugotnega pomena. Raziskovalci so odkrili dve mišici, pri čemer je ena sprožila krčenje druge.

Celice srčne mišice vsebujejo tudi receptorje za raztezanje. Preveč povlecite celico in receptor se bo aktiviral in sprožil krčenje. Izkazalo se je, da zagotavlja inherentno koordinacijo za stranske mišice. Ko se je ena desna stran skrčila, je na nasprotni strani raztegnila celice. Ko dosežejo kritično točko, bodo receptorji za raztezanje na levi sprožili krčenje te mišice, kar bo povzročilo raztezanje desne strani. Ta raztežaj je nato spet začel cikel.

To ne bo delovalo v nedogled in sčasoma se bosta obe mišici skupaj obrabili. Šele takrat jim lahko srčni spodbujevalnik pomaga, da se vrnejo v redni ciklus.

Na splošno je veliko bolj impresivno kot uporabno (razen če ste oseba, ki je navdušena samo nad koristnimi stvarmi). Navsezadnje ni veliko situacij, ki zahtevajo, da bi robot plaval skozi raztopino sladkorja. Toda dejstvo, da so raziskovalci uspeli ugotoviti, kako izkoristiti osnovne biološke lastnosti teh celic za oblikovanje učinkovitega stroja, zagotovo ustreza moji definiciji impresivnega.

Znanost, 2022. DOI: 10.1126/science.abh0474 ,O DOI,

Mojca Andreja

Nagnjena je k apatiji. Nevidni raziskovalec. Vseživljenjski guru slanine. Potovalni odvisnik. Organizator. "

Related Posts

Dodaj odgovor

Vaš e-naslov ne bo objavljen.

Read also x