生化仿生,已經出現了兩種生物
哈佛大學仿生工程研究所的一項研究成果,他們用大鼠胚胎的心臟肌肉細胞和硅膠、黃金,造出了一條生化鰩魚,並用藍色雙光源LED實現了對其游泳動作的控制。
這條榮登雜誌封面的「人造鰩」成為了生化動物的新成員,將為進一步研究全生物人造心臟奠定基礎。
(圖片來源:Science)
就是它!
人造鰩?怎麼聽上去怪怪的?是的,你沒有念錯,就是人造(zào)鰩(yáo)……
在造出人造鰩魚之前,這位科學家已經通過「生物細胞+化學物質」的仿生手段成功造出過人造水母。不如通過人造水母來認識一下這一技術吧,畢竟,人造水母聽上去正常多了。
「類水母」抽動了一下,顯示出生命跡象,雖然它沒有被施加電刺激。這並非科幻小說《弗蘭肯斯坦》中的情景——弗蘭肯斯坦用許多碎屍塊拼接成一個「人」,並用閃電將其激活。這隻抽動的人造水母真實出現在美國哈佛大學的實驗室,它是世界上第一隻人造水母。在一個電脈衝的刺激下,人造水母甚至能像真水母一樣遊動。
這隻硅酮材質的人造水母,有8隻觸手,樣子類似傘形水母,借力大鼠的心肌細胞,能夠模擬水母的抽吸式運動。當「類水母」和真水母一起遊動時,其相似程度令人驚嘆。哈佛大學的基特·帕克說:「它太讓人吃驚了。那一刻對我來說,非常難忘。」他和美國加利福尼亞理工大學的同事們一起建造了這隻人造水母。
這項工作有個宏大的目標——研究心臟結構的變化如何影響心肌細胞,從而開發治療心臟病的新葯。他說:「現階段的藥物研發沒有考慮心臟結構。但是,如果心臟結構發生病變,最終會導致心臟功能障礙。」
談到如何把心肌細胞和水母聯繫起來,帕克表示,當時,他在參觀位於波士頓的新英格蘭水族館,看到水母遊動後,靈感就冒了出來。因為他發現,水母的遊動非常類似他在實驗室里看到的心肌組織的跳動。他說:「我意識到,我可以建造一隻人造水母。」事實上,建造工程比他想像的要複雜得多,直到4年後他才取得成功。
為了建造「類水母」,研究小組先找來一隻幼年水母,通過計算機繪製這隻幼年水母的立體圖,並製作了這隻幼年水母的立體模型,以此作為「類水母」的支架。接著,他們給這個支架套上一層外衣——來自大鼠的心肌細胞。然後,他們在這層外衣上又加了一薄層液體硅酮聚合物。隨後,研究人員把支架從「類水母」身上剝離,並確保大鼠心肌細胞完好無損。所有這些工作都在富含鎂離子和葡萄糖的水溶液中完成,這些營養可以維持大鼠心肌細胞的生存。
當離開支架時,「類水母」以一種不太協調的方式移動。但是,當給溶液短暫施加1赫的交流電時,它移動的方式較為理想——無需再藉助任何外力,它可以移動近1小時。心肌細胞每收縮一次,「類水母」的身體就發生彎曲,進而向前推進。然後,身體慢慢復原,繼續下一次收縮。
帕克表示,他們將繼續改進「類水母」,讓它能轉彎,能定向運動,甚至能對環境起反應,以更加接近真水母。在人造水母實驗成功的鼓舞下,研究小組希望藉助「精巧的肌肉結構」模擬其他海洋生物。
帕克希望,「類水母」可以用於測試治療心臟病的新葯。要看一種藥物對心肌組織是否有效,可以先看看它對「類水母」的功效。考慮到水母過濾食物的本領,這種人造水母還有望被用於清理泄漏的石油,正如它過濾食物一樣。此外,這種人造水母還可以被植入人體,通過體液中的營養物質提供能量。第一個應用就是充當起搏器,代替現在金屬的、依賴電池供電的起搏器。
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