近(10)日，美國哈佛大學(Harvard University)的工程與應用科學團隊，宣布研發出全球首種能自主泳動超過100天的「生物混合魚」(biohybrid fish)，這種「人造魚」的尾鰭，是透過衍生自人類幹細胞的心肌細胞打造；該研究讓科學家距離開發出更先進的人工心臟又近了一步。論文發表於頂尖期刊《Science》。

由哈佛大學教授Kevin Kit Parker領導的團隊，針對這種「生物混合裝置」(biohybrid organisms)研究多年。2012 年時，他們使用大鼠心肌細胞，製造出一種類似水母、可泳動的生物混合幫浦；2016 年，又以大鼠心肌細胞開發出人造魚。

(編按：生物混合裝置，指的是結合生物與人造成分的裝置，透過這種有機裝置，科學家可研究生物的生理機制，也可藉此開發出如機器人等人造科技。)

而本次研究中，該團隊進一步用人類幹細胞衍生的心肌細胞，製造出新的人造魚。該設計靈感來自於斑馬魚的外形和游泳的動作，且和其先前的人造水母、人造魚不同，本次他們在人造魚的尾鰭兩側各使用了一層心肌細胞，當一側肌肉收縮時，另一側會伸展。

如同心肌細胞在人體中的運作模式，當心肌細胞拉伸時，會讓對機械力敏感的細胞膜蛋白通道打開、再讓該心肌細胞開始收縮，一側的收縮又會觸發對側的拉伸，形成一個閉鎖式的循環。該循環能推動這種人造魚，在水中連續泳動超過100天。

論文共同第一作者，博士後研究員Keel Yong Lee表示，此結果凸顯出該回饋機制(feedback mechanisms)，在心臟這類肌肉幫浦中所扮演的重要角色。

此外，研究人員還在人造魚上設計了如同心臟節律器(pacemaker)的起搏點(pacing node)，讓其控制心肌收縮的頻率和節奏。

另一位共同第一作者，博士後研究員Sung-Jin Park指出，該項節律機制，讓他們的人造魚泳動時間更長、效率更高，在水中移動得也更快。

且隨著心肌細胞成熟，人造魚肌肉收縮幅度、最大游泳速度和肌肉協調性，在研究的第一個月仍會不斷增加，最終可達到與野生斑馬魚相似的游速。

該團隊未來的目標，是利用人類心肌細胞，建構更複雜的生物混合裝置。研究人員表示，人類心臟在一生中可跳動超過10億次，且運作的同時仍在自我重建，而如何設計出類似這樣的系統，正是他們的挑戰。

參考資料：

1.論文原文：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abh0474

2.https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220210154212.htm

(編譯/巫芝岳)