第一条完全自主的生物杂交鱼，来自人类干细胞衍生的心肌细胞。功劳:迈克尔·罗斯纳赫、龙骨勇利、朴成金、凯文·基特·帕克哈佛大学的研究人员与埃默里大学的同事合作，从人类干细胞衍生的心肌细胞中开发出了第一条完全自主的生物杂交鱼。这种人工鱼通过重现跳动心脏的肌肉收缩来游泳，使研究人员离开发更复杂的人工肌肉泵又近了一步，并为研究心律不齐等心脏病提供了一个平台。哈佛大学约翰·保尔森工程和应用科学学院(SEAS)的塔尔家族生物工程和应用物理学教授、该论文的资深作者基特·帕克说:“我们的最终目标是建立一个人工心脏来替代儿童畸形的心脏。“构建心脏组织或心脏的大部分工作，包括我们已经完成的一些工作，都集中在复制解剖特征或在工程组织中复制心脏的简单跳动上。但在这里，我们从心脏的生物物理学中汲取设计灵感，这更难做到。现在，我们不是将心脏成像作为蓝图，而是确定使心脏工作的关键生物物理原理，将它们用作设计标准，并在一个系统中复制它们，一条活着的游动的鱼，在那里更容易看到我们是否成功。”
这项研究发表在《科学》杂志上。
该团队开发的生物杂交鱼建立在帕克疾病生物物理小组先前的研究基础上。2012年，该实验室利用老鼠的心肌细胞构建了一个类似水母的生物混合泵，2016年，研究人员还利用老鼠的心肌细胞开发了一种游动的人工黄貂鱼。
自主游动的生物混血鱼示意图。功劳:迈克尔·罗斯纳赫，龙骨勇利，朴成金，凯文·基特·帕克在这项研究中，该团队建造了第一个由人类干细胞衍生的心肌细胞制成的自主生物杂交装置。这个装置的灵感来自斑马鱼的形状和游泳动作。与以前的装置不同，这种生物杂交斑马鱼有两层肌肉细胞，尾鳍两侧各有一层。当一边收缩时，另一边伸展。这种拉伸会触发机械敏感蛋白通道的打开，从而导致收缩，进而触发拉伸等等，从而形成一个闭环系统，可以推动鱼超过100天。
“通过利用两层肌肉之间的心脏机电信号，我们重建了一个循环，在这个循环中，每一次收缩都是作为对另一侧拉伸的反应而自动产生的，”SEAS博士后、该研究的第一作者之一龙骨勇·李说。"研究结果强调了反馈机制在心脏等肌泵中的作用."
研究人员还设计了一个像起搏器一样的自主起搏节点，控制这些自发收缩的频率和节奏。两层肌肉和自主起搏节点共同实现了连续、自发和协调的前后手指运动。
这是第一个由人类干细胞衍生的心肌细胞制成的自主生物杂交装置。这个装置的灵感来自斑马鱼的形状和游泳图案。与以前的装置不同，这种生物杂交斑马鱼有两层肌肉细胞，尾鳍两侧各有一层。当一边收缩时，另一边伸展。这种拉伸会触发机械敏感蛋白通道的打开，从而导致收缩，进而触发拉伸等等，从而形成一个闭环系统，可以推动鱼超过100天。功劳:龙骨勇利、朴成金、大卫·g·马修斯、乔治·劳德、凯文·基特·帕克“因为这两种内部起搏机制，我们的鱼可以比以前的工作活得更长、移动得更快、游泳效率更高，”朴成金说，他是SEAS疾病生物物理组的前博士后，也是这项研究的第一作者之一。“这项新研究提供了一个模型，用于研究机械电信号作为心律管理的治疗目标，并用于理解窦房结功能障碍和心律失常的病理生理学。”
帕克目前是佐治亚理工学院和埃默里大学医学院库尔特生物医学工程系的助理教授。
形成尾流链的生物混血鱼。功劳:龙骨勇利、朴成金、大卫·g·马修斯、乔治·劳德、凯文·基特·帕克与冰箱里的鱼不同，这种生物混血儿会随着年龄的增长而进步。其肌肉收缩幅度、最大游泳速度和肌肉协调性在第一个月都随着心肌细胞的成熟而增加。最终，这种生物杂交鱼达到了与野生斑马鱼相似的速度和游泳效率。
接下来，该团队的目标是用人类心脏细胞制造更复杂的生物混合装置。
生物杂交鱼的五层身体结构示意图。功劳:迈克尔·罗斯纳奇、龙骨勇利、朴成金、凯文·基特·帕克“我可以用Play-Doh打造一颗模范心脏，但这并不意味着我可以打造一颗心脏，”帕克说。“你可以在培养皿中随机培养一些肿瘤细胞，直到它们凝结成跳动的肿块，称之为心脏类器官。从设计上来说，这两种努力都无法重现一个系统的物理特性，这个系统在你的一生中跳动超过10亿次，同时又在动态重建它的细胞。这就是挑战。那是我们去工作的地方。”
这项研究由大卫·马修斯、肖恩·金、卡洛斯·安东尼奥·马尔克斯、约翰·齐默曼、赫德琳·安·扎多娜、安德烈·克勒贝尔和乔治·劳德共同完成。
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