Nie całkiem żywy, nie całkiem martwy

Robota zbudowanego z komórek serca szczura skonstruowali badacze z Uniwersytetu Harvarda. Naukowcy chcą w taki sposób robić organy dla ludzi.

Aktualizacja: 13.07.2016 16:14 Publikacja: 12.07.2016 18:37

Raja z żywych komórek szczura nie jest większa od monety – składa się z 200 tys. kardiomiocytów

Raja z żywych komórek szczura nie jest większa od monety – składa się z 200 tys. kardiomiocytów

Foto: Karaghen Hudson, Michael Rosnach

Jeżeli to brzmi jak z powieści o potworze Frankensteina, to... właśnie tak ma być. Kit Parker i Sung-Jin Park z Instytutu Wyssa Inżynierii Inspirowanej Biologią Uniwersytetu Harvarda połączyli elementy sztuczne i żywe. Stworzyli maszynę, której elementem są funkcjonujące komórki mięśnia serca. Są zmodyfikowane genetycznie w taki sposób, aby robotem można było sterować... światłem.

Żyjąca maszyna jest wzorowana na rybie gatunku Leucoraja erinacea (raja kanadyjska). Jest jednak od prawdziwej ryby mniejsza – ma wymiary monety. Składająca się z 200 tys. komórek serca – kardiomiocytów – sztuczna raja ma 16 mm długości i waży ok. 10 g.

Po co naukowcom taki stwór? Wierzą, że dzięki temu możliwe będzie opracowanie lepszych organów dla ludzi. I że lekarze nauczą się czegoś o sercu, a biolodzy – o mechanizmie poruszania się ryb.

Raje to ryby o charakterystycznym spłaszczonym kształcie ciała z bardzo rozbudowanymi płetwami piersiowymi. Kształt wynika z trybu życia – zwykle leżą zagrzebane w piasku lub płyną tuż przy dnie, poszukując drobnych ryb i skorupiaków stanowiących ich pożywienie. Leucoraja erinacea wykorzystywana była dotąd głównie jako przynęta w pułapkach na homary – rybacy znajdują ją często w sieciach, ale jej znaczenie kulinarne jest nikłe (choć niektórzy usiłują przygotowywać ją jak przegrzebki).

W ostatnich latach jednak coraz chętniej używa się tego gatunku jako organizmu modelowego w badaniach biomedycznych. W 2005 r. skatalogowano geny Leucoraja erinacea, dzięki czemu naukowcom łatwiej je modyfikować.

Jednak – jak przyznają badacze – źródła tego osiągnięcia nie mają wiele wspólnego z genetyką...

Szok i przerażenie

– Moja córka próbowała pogłaskać raję i włożyła rękę do wody. Ryba odpłynęła, poruszając z gracją płetwami – mówi Kit Parker. – I wtedy mnie olśniło. Przecież mogę zbudować system, który będzie wyglądał jak warstwa komórek mięśnia serca.

Aby to zrobić, potrzebna była pomoc bioinżynierów. Parker przedstawił swój pomysł Sung-Jin Parkowi. – Usiadłem przed nim i powiedziałem: Sung-Jin, rozkroimy szczura i przerobimy go na płaszczkę. A później użyjemy światła, żeby nim sterować. Patrzył na mnie, a na jego twarzy malowały się smutek i przerażenie.

Dał się jednak namówić i prace ruszyły. Najpierw inżynierowie wykonali szkielet ze złota. Pokryty był polimerową elastyczną warstwą. Dopiero na ten stelaż naniesiono wyhodowane i zmodyfikowane komórki serca szczura. Przerobiono je tak, by skurcz następował w reakcji na oświetlenie.

Komórki naniesiono (wydrukowano) na podłożu w taki sposób, aby tworzyły meandrującą ścieżkę. Dzięki temu kurczą się jedna za drugą, wprawiając w ruch płetwę. Skurcz ten jest charakterystyczny dla mięśnia serca, jednak w wodzie działa tak jak poruszanie się z gracją opisywane przez Parkera.

Oświetlenie sztucznej ryby oznacza wygięcie płetwy w dół. Gdy kardiomiocyty się nie kurczą, płetwa wraca do pozycji neutralnej. Oświetlenie jej tylko z jednej strony sprawia, że ryba skręca.

Sami naukowcy mają pewien problem z odpowiedzią na pytanie, co właściwie stworzyli. – Myślę, że mamy tu do czynienia z biologicznym życiem – mówi Parker w rozmowie z „Popular Mechanics". – Z maszyną, ale w formie biologicznej. Nie jest to żywy organizm, bo przecież nie może się rozmnażać, lecz z całą pewnością ma żywe elementy.

Najfajniejsza rzecz roku

Badacze z Uniwersytetu Harvarda uważają, że raja z serca szczura umożliwi im stworzenie biologicznych, lecz sztucznych, organów do przeszczepów. Ambicją Kita Parkera jest opracowanie sztucznego serca z żyjących komórek. – To nie jest zadanie na jedną noc. Musimy się wiele nauczyć – mówi.

Innym pomysłem na wykorzystanie biobota jest produkcja syntetyczno-biologicznych tworów wypełniających polecenia człowieka. Wyposażenie takich mechanizmów w czujniki reagujące na określone bodźce pozwoliłoby wyhodować ni to żywe, ni to martwe twory. Ale to przyszłość.

– Zamieniliśmy szczura w płaszczkę sterowaną światłem – ekscytuje się Parker. – Do diabła, ludzie muszą się dowiedzieć, że to najfajniejsza rzecz, jaką zobaczą w tym roku.

Nauka
Zaskakujący eksperyment z dzikimi rybami. „Tak, jakby one nas studiowały, a nie odwrotnie”
Nauka
Wilki same się udomowiły? Ciekawy wynik matematycznej symulacji
Nauka
Zaskakujące odkrycie dotyczące jądra Ziemi. Co dzieje się w środku planety?
Nauka
"Ogromne konsekwencje" decyzji Donalda Trumpa. Wstrzymane badania nad HIV i malarią
Materiał Promocyjny
O przyszłości klimatu z ekspertami i biznesem. Przed nami Forum Ekologiczne
Nauka
Naukowcy: Olbrzymi podwodny wulkan może wybuchnąć przed końcem 2025 roku
Materiał Promocyjny
Sezon motocyklowy wkrótce się rozpocznie, a Suzuki rusza z 19. edycją szkoleń