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Un pesce bioibrido alimentato da cellule cardiache umane

STATI UNITIUn pesce bioibrido alimentato da cellule cardiache umane

06.05.22 - 08:00
Un team di ricercatori ha sviluppato un pesce cyborg usando cellule del muscolo cardiaco derivate da staminali umane
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Un pesce bioibrido alimentato da cellule cardiache umane
Un team di ricercatori ha sviluppato un pesce cyborg usando cellule del muscolo cardiaco derivate da staminali umane

WASHINGTON - I ricercatori dell’Università americana di Harvard, in collaborazione con i colleghi della Emory University di Atlanta, hanno realizzato il primo pesce bioibrido utilizzando cellule del muscolo cardiaco derivate da staminali umane. Il pesce artificiale nuota infatti ricreando le contrazioni muscolari di un cuore che pompa. I risultati del progetto, pubblicati sulla rivista Science, portano gli scienziati un passo più vicino allo sviluppo di pompe muscolari artificiali più complesse e forniscono una valida base per studiare malattie cardiache come l’aritmia.

Lo sviluppo del pesce cyborg si basa sulla ricerca precedente del Parker’s Disease Biophysics Group. Nel 2012 il laboratorio ha utilizzato cellule muscolari cardiache di ratti per costruire una ‎‎pompa bioibrida simile a una medusa,‎‎ e nel 2016 i ricercatori hanno sviluppato una razza artificiale sfruttando sempre le cellule cardiache dei ratti. In questa nuova ricerca, il team ha costruito il primo dispositivo bioibrido autonomo a base di cardiomiociti derivati da cellule staminali umane, ispirandosi alla forma e al movimento di nuoto del pesce zebra.

A differenza dei precedenti dispositivi, il pesce zebra bioibrido ha due strati di cellule muscolari, uno su ciascun lato della pinna caudale. Quando una parte si contrae, l’altra si allunga. Questo allungamento innesca l’apertura di un canale proteico meccanosensibile che provoca una contrazione, che innesca nuovamente un allungamento e così via, portando a un sistema a circuito chiuso che può alimentare il pesce per più di 100 giorni. «Sfruttando la segnalazione meccano-elettrica cardiaca tra due strati di muscoli, abbiamo ricreato un ciclo in cui ogni contrazione risulta automaticamente come risposta all’allungamento sul lato opposto», ha affermato Keel Yong Lee, borsista post-dottorato presso la School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) di Harvard e co-primo autore dello studio.

Per perfezionare il funzionamento del pesce bioibrido, i ricercatori hanno progettato anche una sorta di pacemaker che controlla la frequenza e il ritmo delle contrazioni spontanee. Insieme, i due strati muscolari e questo stimolatore autonomo hanno consentito la generazione di movimenti della pinna avanti e indietro continui, spontanei e coordinati, riproducendo a tutti gli effetti il movimento di nuoto di un pesce. Con il passare dei giorni poi, man mano che le cellule cardiache sono maturate, l’ampiezza della contrazione muscolare, la coordinazione e la velocità di nuoto sono andati decisamente migliorando. Alla fine, il pesce ha raggiunto una velocità e un’efficienza di nuoto simili a quelle del pesce zebra in natura.

Questa innovativa ricerca fornisce un modello per studiare la segnalazione meccano-elettrica come obiettivo terapeutico della gestione del ritmo cardiaco e per comprendere la fisiopatologia di alcune disfunzioni cardiache. «Il nostro obiettivo finale è costruire un cuore artificiale per sostituire il cuore danneggiato in un bambino», ha dichiarato Kit Parker, professore di bioingegneria e fisica applicata alla SEAS e autore senior della ricerca. Il team di scienziati continuerà a studiare il pesce artificiale e a lavorare a miglioramenti capaci di renderlo sempre più avanzato, concentrandosi appunto sulle applicazioni pratiche nel campo dei trapianti di cuore.

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