دراسة واعدة لتصميم القلوب الصناعية: ابتكار سمكة روبوتية تعمل بخلايا قلب بشري

استطاع فريق بحثي من جامعة هارفرد الأميركية، تصميم جهاز هجين بيولوجياً، يتكون من جسم روبوت صناعي ومغلف بطبقة من خلايا عضلات قلب بشري مشتقة من الخلايا الجذعية، في محاولة لمحاكاة العضلات الصناعية المفيدة في مجال الطب. ونُشرت نتائج الدراسة في دورية "ساينس" (Science) العلمية في 10 فبراير/شباط 2022.

آلية عمل الجهاز

استوحى الباحثون شكل الجهاز من سمكة الزرد، وصنعوا جسم السمكة من الورق والبلاستيك والجيلاتين، وعلى جانبيها طبقة من خلايا القلب البشري مشتقة من الخلايا الجذعية. وتساهم الخلايا في حركة السمكة، فعندما ينقبض أحد الجانبين، ينبسط الآخر تلقائياً، ما يتسبب في فتح قناة بروتينية حساسة ميكانيكيّاً، وهي القناة التي تتحرك خلالها الإشارات الكهربائية الميكانيكية بين الجانبين، فينقبض الجانب الأول مرة أخرى. وتتكرر عمليتا الانقباض والانبساط هذه في نظام مغلق، بحيث تستطيع السمكة الهجينة السباحة في محلول من السكر والملح لمدة تزيد عن 100 يوم.

وكان أهم ما يميز دراسة الدكتور "كيت باركر"، أستاذ الهندسة الحيوية والفيزياء التطبيقية والمؤلف الرئيسي في الدراسة، أنه لم تتمكن أي دراسة سابقة من المحافظة على الجهاز الهجين لهذه الفترة الزمنية. ويرجع الفضل في ذلك إلى الفيزياء الحيوية التي فتحت للباحثين آفاقاً أوسع لفهم آلية عمل عضلة القلب البشري ومحاكاتها. حيث تتسم السمكة بآليتين تنظيميتين تميزان القلب البشري، وهما:

قدرتها على العمل تلقائياً، عن طريق الانقباض والانبساط.
إرسال إشارات كهربائية ميكانيكية تساعدها على الحركة.

وتظهر حركة السمكة كما في الفيديو التالي:

This artificial fish is powered by human heart cells.https://t.co/aioJKFDZft pic.twitter.com/6c5nIbA1sn

— Harvard SEAS (@hseas) February 11, 2022

تحديات تواجه الاختراع

على الرغم من أنّ نتائج الدراسة تعطي آمالاً كبيرة، إلا أنها تواجه بعض التحديات، منها:

الحفاظ على حياة الخلايا لفترة أطول: استطاعت هذه الخلايا الحفاظ على حركة السمكة لفترة أطول من التجارب السابقة، ولكن يصعب الحفاظ عليها حية لفترة طويلة، حيث يختلف وضعها عن الثدييات التي تغذي الأوعية الدموية خلايا أجسادها باستمرار. أما في حالة السمكة الهجينة بيولوجياً، فلا يوجد نظام تغذية يشبه الأوعية الدموية بعد. ولكنها تعمل لفترة زمنية محددة، ثم تتحلل.
تشغيلها بآلات مستدامة: تعمل السمكة الهجينة بيولوجياً ببطاريات الليثيوم والبنزين، ولكنها ليست مواد مستدامة، ويسعى الباحثون لاستخدام السكريات والدهون بدل تلك البطاريات.

أهداف الدراسة

يهدف الباحثون إلى تصميم قلب إصطناعي، يمكنه أن يحل محل القلب الطبيعي للإنسان يوماً ما، وهذا مفيد في حالات القلب المشوه التي يُولد بها بعض الأطفال، ما يمكنهم من الاستمتاع بالحياة دون قيود صحية أو تهديد دائم بالموت. بالإضافة إلى أنها تفيد الباحثين في النظر إلى أمراض القلب عن قرب، ما قد يساعدهم في حل مشكلات الأمراض القلبية مستقبلاً. لكن ما زال الأمر صعباً، فقد يكون من السهل تصميم شيء يشبه القلب، لكن صنع جهاز يعمل كالقلب، يمثل تحدياً كبيراً.