علماء يطوّرون سمكة من قلب بشري تسبح بإيقاع النبض

كشف علماء عن سمكة غريبة جداً قاموا بتصنيعها في المختبر وتم نشر مشاهد لها وهي تسبح وتتجول في محلول الملح و"الغلوكوز"، باستخدام نفس القوة التي يتمتع بها قلب الإنسان النابض.

وطوّر علماء في جامعتي "هارفارد" و"إيموري"، سمكة هجينة فريدة قادرة على السباحة عن طريق "إيقاع النبض" لأكثر من 100 يوم، حيث يعلّق المخترعون آمالاً كبيرة على الجهاز الصغير الغريب، المكوّن من خلايا عضلة القلب الحية المزروعة المستخلصة من الخلايا الجذعية البشرية.

ويركز إنشاء سمكة "biohybrid" على سمتين تنظيميتين رئيسيتين لقلب الإنسان: الأولى، قدرتها على العمل تلقائياً دون الحاجة إلى مدخلات يتم التحكم بها، أي أنها تلقائية. أما الثانية، فهي مبدأ المراسلة التي تبدأ بحركة ميكانيكية، تتنقل بين الكهرباء والميكانيك (إشارات ميكانيكية كهربائية).

وعلى الرغم من أنّ البعض قد يظن أنّه من السهل إنشاء شيء قد يبدو بحركته مثل القلب، لكن صنع شيء يعمل كوحدة واحد هو تحدٍ أصعب بكثير.

وقال عالم الهندسة الحيوية في جامعة "هارفارد"، كيفن كيت باركر، إنّ "هدفنا النهائي هو بناء قلب اصطناعي ليحل محل قلب الطفل المشوّه... يمكنك زراعة بعض الخلايا السرطانية العشوائية في طبق حتى تتخثر في كتلة نابضة وتسميها قلباً عضوياً. لكن لن يقوم بأداء نظام ينبض أكثر من مليار مرة خلال مدى الحياة. لكن هذا هو التحدي. هذا ما نعمل عليه".

ومع وجود طبقتين من خلايا عضلة القلب على كل جانب من زعنفة الذيل، تم بناء الأسماك المهجنة الحيوية لتكون مستقلة، يمكنها الحفاظ على حركتها الذاتية، بحسب البحث المنشور في مجلة "Science" العلمية.

وعندما يضغط أحد الجانبين بقوة، يتمدد الجانب الآخر، مما يؤدي إلى تشغيل آلية تغذية مرتدة تتسبب في تقلص الجانب الممتد ثم تشغيل نفس الآلية على الجانب الآخر في دورة مستمرة.

ويعتمد نظام انقباضات العضلات غير المتزامنة على عضلات طيران الحشرات، حيث أنّ كل انقباض يؤدي تلقائياً إلى تقلص زوج العضلات الآخر.

وبحسب المقال المنشور في مجلة "sciencealert" العلمية، فإنّ الانحناء الجسدي هو الحركة الميكانيكية التي تنشط القنوات الأيونية المكونة للإشارة الكهربائية في العضلات، حيث تعمل هذه القنوات الأيونية على تنشيط العضلات وانقباضها.

#ScienceMag An autonomously swimming biohybrid fish designed with human cardiac biophysics https://t.co/RpTjUhEdGC a swimming fish analog using a bilayer construct made of cardiac cells. These cells generate autonomous, rhythmic, antagonistic muscle movements. pic.twitter.com/AGTxAdgJUJ

— Francis Villatoro (@emulenews) February 10, 2022

وأشار عالم الهندسة الحيوية في جامعة "هارفارد"، كيفن كيت باركر، إلى أنّه "ومن خلال الاستفادة من الإشارات الميكانيكية والكهربائية للقلب بين طبقتين من العضلات، قمنا بإعادة إنشاء الدورة، حيث ينتج كل انقباض تلقائياً كاستجابة للتمدد على الجانب الآخر. النتائج تسلط الضوء على دور آليات التغذية المرتدة في المضخات العضلية مثل القلب".

Harvard and @EmoryUniversity researchers developed a biohybrid fish from human cardiac muscle cells that swims on its own by recreating the muscle contractions of a pumping heart @ScienceMagazine https://t.co/aioJKFDZft pic.twitter.com/9l2OTqKns5

— Harvard SEAS (@hseas) February 10, 2022

وقام باركر وزملاؤه أيضاً بدمج نظام شبيه بجهاز تنظيم ضربات القلب في السمكة الهجينة. وتساهم الآليات الانسيابية الداخلية لهذه الأسماك في أن تعيش لفترة أطول، وتتحرك بشكل أسرع، وتسبح بشكلٍ أكثر كفاءة.