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Des scientifiques ont fabriqué un "poisson" à partir de cellules cardiaques humaines, et il nage comme un cœur battant

 Des scientifiques ont fabriqué un "poisson" à partir de cellules cardiaques humaines, et il nage comme un cœur battant

Avec sa queue basculant en rythme d'un côté à l'autre, cet étrange poisson synthétique se promène dans sa solution de sel et de glucose, utilisant la même puissance que nos cœurs battants.

Des scientifiques ont fabriqué un "poisson" à partir de cellules cardiaques humaines, et il nage comme un cœur battant

Ce système circulatoire miniaturisé astucieux, développé par des scientifiques des universités Harvard et Emory, peut continuer à nager au rythme pendant plus de 100 jours.

Les inventeurs placent de grands espoirs dans cet étrange petit appareil, composé de cellules vivantes du muscle cardiaque (cardiomyocytes) issues de cellules souches humaines.

La création du poisson « biohybride » se concentre sur deux caractéristiques de régulation clés de notre cœur : leur capacité à fonctionner spontanément, sans avoir besoin d'une intervention consciente (automaticité) ; et la messagerie initiée par un mouvement mécanique (signalisation mécanoélectrique).

Nous espérons que ces connaissances tirées de la recherche permettront aux chercheurs d'examiner de plus près ces aspects des maladies cardiaques.

"Notre objectif ultime est de construire un cœur artificiel pour remplacer un cœur malformé chez un enfant", déclare Kevin Kit Parker, bioingénieur à l'Université de Harvard.

Bien qu'il soit assez simple de créer quelque chose qui puisse ressembler à un cœur, créer quelque chose qui fonctionne réellement comme tel est un défi beaucoup plus difficile. Le fishbot frétillant est un grand pas dans cette direction, s'appuyant sur des travaux antérieurs utilisant des muscles cardiaques de rat pour construire une pompe biohybride de méduse et une raie cyborg.

"Je pourrais construire un modèle de cœur en Play-Doh, cela ne veut pas dire que je peux construire un cœur", explique Parker.

"Vous pouvez faire pousser des cellules tumorales aléatoires dans un plat jusqu'à ce qu'elles se transforment en une masse palpitante et l'appellent un organoïde cardiaque. Aucun de ces efforts ne va, par conception, récapituler la physique d'un système qui bat plus d'un milliard de fois pendant votre durée de vie tout en reconstruisant simultanément ses cellules à la volée.

"C'est le défi. C'est là que nous allons travailler."

Avec deux couches de cardiomyocytes de chaque côté de la nageoire caudale, le poisson biohybride est construit pour être autonome - il peut auto-perpétuer son propre mouvement.

Lorsqu'un côté serre fort, l'autre côté est étiré, déclenchant un mécanisme de rétroaction qui provoque la contraction du côté étiré, puis déclenche le même mécanisme de l'autre côté dans un cycle continu.

Ce système de contractions musculaires asynchrones est basé sur les muscles du vol des insectes.

Des scientifiques ont fabriqué un "poisson" à partir de cellules cardiaques humaines, et il nage comme un cœur battant

La flexion physique est le mouvement mécanique qui active le signal électrique formant des canaux ioniques dans les muscles. Ces canaux ioniques déclenchent l'activation et la contraction des muscles.

L'exposition du système à la streptomycine et au gadolinium - connus pour perturber les canaux ioniques des muscles - a fini par diminuer les vitesses de nage et rompre la relation entre l'étirement mécanique et le déclenchement de la prochaine contraction de l'autre côté. Cela a confirmé que les canaux ioniques étaient bien impliqués dans les contractions rythmiques.

"En tirant parti de la signalisation mécano-électrique cardiaque entre deux couches musculaires, nous avons recréé le cycle dans lequel chaque contraction se produit automatiquement en réponse à l'étirement du côté opposé", explique Keel Yong Lee, bioingénieur à l'Université de Harvard.

"Les résultats mettent en évidence le rôle des mécanismes de rétroaction dans les pompes musculaires telles que le cœur."

Parker et ses collègues ont également intégré un système de type stimulateur cardiaque dans le biohybride : un groupe isolé de cellules qui contrôlent la fréquence et la coordination de ces mouvements.

"Grâce aux deux mécanismes de stimulation internes, nos poissons peuvent vivre plus longtemps, se déplacer plus rapidement et nager plus efficacement que les travaux précédents", explique le chercheur en biophysique Sung-Jin Park, co-premier auteur de l'étude.

Les contractions à l'échelle des tissus du poisson biohybride sont comparables à celles du poisson zèbre sur lequel le biohybride est modélisé - propulsant plus efficacement le petit appareil que les systèmes robotiques mécaniques.

"Plutôt que d'utiliser l'imagerie cardiaque comme modèle, nous identifions les principes biophysiques clés qui font fonctionner le cœur, les utilisons comme critères de conception et les reproduisons dans un système, un poisson vivant qui nage, où il est beaucoup plus facile de voir si nous réussissons », déclare Parker.


Cette recherche a été publiée dans Science.

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