Un pez biohíbrido nada con células cardiacas humanas

Los sistemas biohíbridos –dispositivos que contienen componentes biológicos y artificiales– ayudan a investigar la fisiología de los organismos vivos y también a desarrollar soluciones robóticas inspiradas en ellos para resolver diversos problemas, incluidos los de la salud humana.

Ahora, científicos de la Universidad de Harvard (EE UU) han construido un pez biohíbrido con células madre del corazón humano para conocer mejor algunas de sus características clave (señalización mecanoeléctrica y automatismo) y así, en el futuro, poder construir un corazón artificial. Los detalles los publican esta semana en la revista Science.

El pez tiene dos capas de tejido muscular cardiaco, una a cada lado, y cuando una se contrae, la otra se estira, lo que permite el movimiento de forma autónoma.

El pez está fabricado con un hidrogel gelatinoso y en cada lado de su cuerpo tiene una capa de tejido muscular cardiaco humano fabricado a partir de células madre. Cuando una capa se contrae, la otra se estira, lo cual activa una proteína que desencadena el proceso.

De esta forma el pez se puede mover de forma autónoma. Este sistema de bucle cerrado replica el mismo mecanismo que hace latir a nuestro corazón constantemente.

Pero además, los investigadores han incorporado un marcapasos para controlar la frecuencia y el ritmo de las contracciones mediante pulsos de luz, una técnica llamada optogenética. Las células de corazón humanas usadas en el pez fueron genéticamente modificadas para responder a longitudes de ondas lumínicas específicas, así que variándolas (por ejemplo del rojo al azul) se puede activar el movimiento.

Bicapa muscular más marcapasos

Juntos, la bicapa muscular y el marcapasos autónomo son capaces de generar un ‘latido’ o movimiento coordinado y espontaneo de los músculos, y el pez puede nadar durante días, incluso meses.

“Nuestro concepto de bicapa muscular es el primero en demostrar que la señalización mecanoeléctrica de los cardiomiocitos –células del músculo cardíaco capaces de contraerse de forma espontánea e individual– puede inducir excitaciones y contracciones musculares autosostenidas durante largos periodos de tiempo (108 días, equivalente a 38 millones de latidos)”, señalan los autores, “y además, para controlar el ciclo de actuación en bucle cerrado, diseñamos un nodo de estimulación eléctrica autónomo, que mejoró la contracción espontánea”.

Los investigadores han conseguido que l pez biohíbrido nade de forma continua y autosostenida durante 180 días.

“Los peces biohíbridos equipados con estrategias de control intrínseco demostraron una natación cuerpo-caudal autosostenida, lo que pone de manifiesto el papel de los mecanismos de retroalimentación en bombas musculares como el corazón y los músculos”, concluyen.

Gracias a su pez, los investigadores han dispuesto de una plataforma única para estudiar la fisiología cardiovascular y construir una bomba muscular de larga duración con células madre humanas derivadas de células cardiacas. Las lecciones aprendidas traen al equipo un paso más cerca para construir un corazón artificial.

Referencia:

Lee et al. “An autonomously swimming biohybrid fish designed with human cardiac biophysics”. Science, 2022