Forskere ved Harvard og Emoroy Univeristy har laget en kunstig fisk som svømmer ved hjelp av hjertemuskel-celler, dannet fra menneskelige stamceller.

Fiskenes hale er dekket av to lag med celler, en på hver side. Når hjertecellene på den ene siden trekker seg sammen, strekkes den andre siden ut og motsatt.

Strekking av den ene siden trigger en sammentrekning etterpå. Det holder bevegelsen gående. Rytmen ble dirigert av en slags pacemaker.

Fiskene svømte i over 100 dager da de ble satt i gang.

Svømte av seg selv

Teamet testet tidlige versjoner av fiskene. Da stimulerte de muskelcellene med lys, forteller Sung-Jin Park i en pressemelding fra Emroy University. Park begynte å jobbe med prosjektet som postdoktor ved Harvard’s Paulson School of Engineering and Applied Sciences.

Forskerne har tidligere laget en kunstig rokke med hjerteceller fra rotter som kunne kontrolleres med lys, skrev Science Alert.

Det at fiskene svømte så godt av seg selv, var en tilfeldig oppdagelse.

– I begynnelsen brukte vi lys for å kontrollere fiskens bevegelser, slik vi gjorde med rokken. En dag, etter å ha gjort ferdig eksperimentet, lagret vi fiskene i inkubatoren for å gjøre flere eksperimenter, men vi glemte helt at vi hadde spart på dem, sier Park.

Etter et par uker åpnet forskerne inkubatoren. De oppdaget at fiskene fremdeles var i bevegelse.

– Vi fant ut at fiskene svømte med sitt eget tempo av seg selv.

Svømte raskere over tid

Forskerne fant ut at strekkingen på den ene siden åpnet strekkfølsomme ionekanaler, noe som igjen førte til en sammentrekning.

Ionekanaler er bittesmå rør i cellemembranen, ifølge Store norske leksikon. Ulike ioner blir transporteres i forskjellige kanaler avhengig av hvilke proteiner kanalen er bygd opp av.

De kunstige fiskene ble bedre til å svømme over tid ettersom cellene modnet. Etter hvert kunne den svømme med omtrent samme fart som en sebrafisk.

– Målet er å bygge et kunstig hjerte

Fiskene svømte i mer en tre måneder. Cellene fikk næring fra væsken fiskene ble oppholdt i, skriver NPR.

– Det virkelig interessante ved disse fiskene, som vi ikke forventet, er hvor lenge de svømte og hvor raskt de kunne svømme i skålen, sier Kit Parker, professor i bioteknikk og anvendt fysikk ved Harvard ved Harvard University.

Forskerne håper lærdommen fra slike forsøk etter hvert kan komme til nytte.

– Vårt ultimate mål er å bygge et kunstig hjerte for å erstatte et misdannet hjerte hos et barn, sier Parker i en pressemelding fra Harvard University.

Han sier at mye av forskningen på dette feltet handler om å etterligne de anatomiske trekkene ved et hjerte eller skape hjerteslag.

– Men her henter vi designinspirasjon fra hjertets biofysikk, noe som er vanskeligere å gjøre.

Biohybrider

I forskningsartikkelen, som er publisert i Science, kalles fiskene for biohybrider. De er laget av både biologisk og syntetisk materiale.

Det er ikke første gang forskere skaper objekter som beveger seg ved hjelp av levende celler.

I 2020 laget forskere små klumper av hjerteceller og hudceller fra frosk, som kunne bevege seg og virre rundt. Ifølge forskerne var dette de føste robotene som kun var laget av biologisk materiale, de ble kalt for xenobots.

Lager en etterligning av hjertecellene våre

– Her bruker forskerne iPS-hjerteceller, sier Morten Høydal, forsker ved Institutt for sirkulasjon og bildediagnostikk på NTNU.

iPS-celler er kroppsceller, vanligvis fra hud, som blir omprogrammert i et laboratorium til å bli stamceller. Stamcellene kan igjen utvikles til nesten hvilken som helst celle i kroppen.

– Forskerne har omprogrammert stamcellene til å etterligne hjerteceller. De slår av seg selv, og har hjertecellenes egenskaper, forteller Høydal.

– Hvorfor lager forskerne en etterligning av hjertecellene?

– Hjerteceller er ikke så lett tilgjengelige. Skal en få det ut av mennesket, må en ta en biopsi fra et menneskehjerte. Problemet er at det er etisk vanskelig og lite gjennomførbart, sier Høydal.

En etterlikning gjør det lettere.

Fisken svømmer dårligere ved hjertefeil

– Forskerne kan ta en hudbiopsi fra en pasient som de vet at har en genfeil. For eksempel en hjertesykdom. Beskjeden om denne feilen ligger i personens genmateriale.

Ved å etterligne hjertecellene hos en person med genfeil, kan en studere feilen nærmere. Her kommer biohybrid-fisken inn.

– Bruker en celler fra et menneske som har en hjertefeil, vil det kunne vise seg i fisken. En svekket hjertefunksjon, vil føre til at fisken svømmer dårligere, sier Høydal.

Sånn sett er slike modeller spennende.

– Her kan forskerne studere cellene som en modell. Deretter kan en sjekke hvordan medisin fungerer på cellene. Blir hybriddisken bedre eller dårligere til å svømme? Vi får dermed verktøy til å både studere og behandle hjerteceller. Dette driver vi med på NTNU også, sier Høydal.

Går vekk fra dyreforsøk

– Vil dere la dere inspirere av artikkelen?

– Ja, absolutt. Å lage hjerteceller fra pasienter er noe vi kommer til å gjøre mer av. Om vi lager modeller som ser ut som fisker er mer usikkert.

Høydal påpeker en annen fordel ved å bruke menneskeceller i biohybrid-fisken.

– Dette er verktøy som vil være viktig for å kunne ta steg videre i utviklingen av medisiner og behandling uten dyreforsøk. Det kan være mer gunstig når vi jo forsker på menneskehjertet, sier Høydal.

Referanse:

Keel Yong Lee, m. fl.: «An autonomously swimming biohybrid fish designed with human cardiac biophysics», Science, 10. februar 2022. Sammendrag.