簡介
美國科學家利用老鼠心臟細胞和矽樹脂薄膜成功造出世界上第一隻人造水母,這隻水母在電流的刺激下能夠像真正水母的那樣,在水中遊動。這使得組織工程學的量化和系統化研究又邁進一步,同時也為肌肉泵設計提供了新見解。
造出人工水母
Kit Parker,John Dabiri等人查閱了先前有關水母運動的研究資料,確定了水母運動的三個關鍵特徵並構想了能夠模擬出水母運動的組織工程學方案。其中,人工水母運動的供能環節是採用電流刺激大鼠心肌細胞,從而使得心肌細胞所組成的水母帽狀部分發生快速、均勻的收縮。而收縮後的復原則是通過在可恢復彈性物質上生長出心肌細胞的方式實現。
心臟通過搏動將血液送往全身,而水母在形態和功能上都很像心臟,就像個“水泵”通過抽吸水來運動。為了逆向仿造一個“水母”,研究人員繪製了水母所有肌細胞內的亞細胞蛋白質網路排列圖,研究了水母推進運動時的電生理引發過程和自身推進生物力學。在此基礎上,他們在實驗室培養了小鼠心肌細胞組織,運用數量分析法,把小鼠心肌細胞和水母肌肉的亞細胞、細胞及超細胞結構定量匹配,再結合矽酮樹脂製造出“人造水母”,像真水母一樣擁有8個手臂似的肢體。“人造水母”被放在一個鹽水箱中,施加電流能模仿真水母通過肌肉收縮進行游泳。即使不加電流,肌肉細胞一開始也能自己收縮一點。
此外,通過針對年幼水母的深入研究,科學家發現了構成水母運動基礎的心肌細胞在局部和整體上的運動模式。通過改變形狀和肌肉結構,科學家成功製造出能夠模仿水母遊動和攝食行為的毫米級人工水母。該項研究所用到的這種定量逆向設計方案或可套用在治療環境下的組織工程學中。