La méduse inversée peut mener à la technologie de fixation du coeur

Les scientifiques ont façonné des cellules musculaires et de silicium en une "méduse" artificielle, nageant librement, dans le but de produire de nouveaux tissus pour les patients présentant un c?ur endommagé., des chercheurs du California Institute of Technology (Caltech) et de l’Université de Harvard Nature Biotechnologie. L'équipe a utilisé une combinaison de cellules de silicone et de c?ur de rat pour ses méduses fabriquées en laboratoire - elles ont appelé Medusoid - qui ont ensuite nagé librement dans l'eau.
Les auteurs s'attendent à ce que leur technologie aboutisse à la récolte de cellules d'un organisme, en les réarrangeant pour qu'elles soient conçues pour être utilisées par les humains, par exemple en fabriquant un stimulateur cardiaque sans pile.
Janna Nawroth, une doctorante en biologie à Caltech et auteur principal de l'étude, a déclaré:

«L’un des grands objectifs de notre étude était de faire progresser l’ingénierie tissulaire. À bien des égards, c’est encore un art très qualitatif, les gens essayant de copier un tissu ou un organe en fonction de ce qu’ils jugent important ou de leurs composants principaux. - sans nécessairement comprendre si ces composants sont pertinents pour la fonction souhaitée ou sans analyser d'abord comment différents matériaux pourraient être utilisés. "

Comme une fonction spécifique, comme la natation, par exemple, ne se dégage pas automatiquement de la simple copie de tous les éléments d’un organisme de nage, son objectif était de faire de la méduse - nager dans l’eau et créer des courants d’alimentation - sa cible. puis créez une structure basée sur ces données.
On pense que les méduses existent depuis 500 millions d'années. ils sont probablement les plus anciens animaux multi-organes sur Terre. Les auteurs ont écrit que les méduses sont de bons animaux à rechercher pour tenter de résoudre les problèmes cardiaques. À un niveau très basique, leur fonction est similaire à celle d'un c?ur humain en ce sens qu'ils utilisent un muscle pour se frayer un chemin dans l'eau.
Le co-auteur, Kevin Kit Parker, professeur de bioingénierie et de physique appliquée à la famille Tarr à Harvard, a déclaré:

"En 2007, je me suis rendu compte que nous n’avions pas compris les lois fondamentales des pompes musculaires. J'ai commencé à examiner les organismes marins qui pompent pour survivre. Ensuite, j’ai vu une méduse au New England Aquarium. les différences entre la façon dont les pompes à méduses et le c?ur humain. Les similitudes aident à révéler ce que vous devez faire pour concevoir une pompe bio-inspirée. "

Parker est entré en contact avec l'expert en aéronautique et en bioingénierie John Dabiri de Caltech et a formé un partenariat. Les deux groupes ont collaboré étroitement pendant plusieurs années, essayant de mieux comprendre les subtilités de la propulsion des méduses, y compris la disposition de leurs muscles, la contraction et le recul de leur corps, et l’impact de la dynamique des fluides sur leurs mouvements. Ils ont ensuite entrepris de concevoir une méduse artificielle.
Nawroth et son équipe ont expérimenté différents matériaux pouvant être utilisés pour fabriquer le corps de la méduse et ont finalement opté pour un matériau élastique très similaire à la "gelée" de la chair de méduse.
L’équipe de Harvard, avec l’aide de Nawroth, a façonné le polymère de silicone qui forme le corps de Medusoid en une fine membrane semblable à une petite méduse, avec huit bras ressemblant à des palpeurs. Ils ont ensuite imprimé un motif constitué d'une protéine sur la membrane qui ressemblait à la structure musculaire de l'animal réel. Les auteurs ont expliqué que "le profil protéique sert de feuille de route pour la croissance et l'organisation des tissus de rat dissociés - cellules du muscle cardiaque individuelles qui conservent la capacité de se contracter - en un muscle de nage cohérent."
Le Medusoid a ensuite été placé dans un conteneur de fluide électriquement conducteur, et a fait osciller la tension de zéro à cinq volts, choquant la nouvelle créature pour qu'elle nage avec des contractions comme une méduse. Avant même d’appliquer le courant électrique, les cellules musculaires avaient déjà commencé à se contracter elles-mêmes.
Dabiri a déclaré que l’équipe était surprise de pouvoir reproduire des comportements complexes de nage et d’alimentation qui ressemblaient si étroitement à des méduses biologiques avec relativement peu de composants - une base de silicone et des cellules de rat réarrangées. Les mesures de la dynamique des fluides étaient pratiquement identiques à celles des méduses naturelles.
Dabiri a écrit:

"Je suis agréablement surpris de voir à quel point nous nous rapprochons de la performance biologique naturelle, mais aussi que nous voyons comment nous pouvons probablement améliorer cette performance naturelle. Le processus d'évolution a manqué beaucoup de bonnes solutions."

Vous devez vous concentrer sur la fonction

Leur percée montre que vous ne pouvez pas seulement imiter la nature, vous devez vous concentrer sur la fonction. Leur stratégie de conception pourrait s’appliquer, en général, à l’ingénierie inverse des organes musculaires du corps humain, ont expliqué les scientifiques.
Parker a déclaré:

«En tant qu’ingénieurs, nous sommes très à l'aise pour fabriquer de l’acier, du cuivre et du béton. Je pense aux cellules comme un autre type de substrat, mais nous avons besoin de spécifications quantitatives rigoureuses pour ingénierie. La méduse fournit un algorithme de conception pour la rétro-ingénierie de la fonction d'un organe et le développement de spécifications quantitatives de conception et de performance. Nous pouvons compléter le processus de conception de l'ingénieur: conception, construction et test. "

Les scientifiques envisagent maintenant de concevoir un système totalement autonome capable de détecter et d'actionner seul, en utilisant des signaux internes, comme le fait le c?ur humain.
Dabiri et Nawroth disent que Medusoid devrait éventuellement être capable de rechercher et de rassembler sa propre nourriture de manière indépendante.Les scientifiques pourraient alors créer des systèmes qui pourraient exister dans le corps humain pendant des années sans avoir besoin de batteries, car ils pourraient se débrouiller seuls. Ces systèmes pourraient, par exemple, servir de base à un stimulateur cardiaque constitué uniquement d’éléments biologiques.
Dabiri a dit:

"Nous réimaginons ce que nous pouvons faire en termes de biologie synthétique. Beaucoup de travail est fait ces jours-ci pour créer des molécules, mais il y a beaucoup moins d'efforts pour créer des organismes. Je pense que -l'ingénierie d'organismes entiers dans le but de faire progresser la technologie biomédicale. Nous pouvons également être en mesure de concevoir des applications dans lesquelles ces systèmes biologiques nous permettent de faire les choses plus efficacement, avec une consommation énergétique moindre. "

Ecrit par Christian Nordqvist