Ошибка!

Показать Ошибка!

Забыли пароль?

Ошибка!

Ошибка!

Скрыть Ошибка!

Скрыть Ошибка!

Забыли пароль? Напишите ваш email и мы отправим письмо с инструкциями.

Ошибка!

Обратно

Закрыть

Создан искусственный организм, вопроизводящий технику перемещения живых медуз

Создан искусственный организм, вопроизводящий технику перемещения живых медуз
Используя последние достижения в области морской биомеханики, науки о материалах и производства органических тканей, группа исследователей из Гарвардского Университета и Калифорнийского Технологического Института создала искусственную и при этом свободно плавающую «медузу» на основе «неодушевленного» силикона и живых клеток миокарда (сердечной мышцы).


 

 

Работа ученых может послужить доказательством в пользу возможности реализовывать на практике концепцию реинжиниринга (обратного проектирования) различных мышечных органов и простых живых организмов. Она также расширяет само понятие «синтетической жизни», под которым ранее подразумевалась репликация органических строительных блоков.

Метод проектирования органической ткани для создания медузы, прозванной «Медузоидом» (Medusoid), описывается в выпуске Nature Biotechnology от 22 июля.

Эксперт по клеточным и тканевым активным системам, соавтор работы Кевин Кит Паркер (Kevin Kit Parker) незадолго до этого уже продемонстрировал биоинженерную «конструкцию», которая может хватать окружающие предметы и даже самостоятельно передвигаться. Кроме того, его желание перейти к проектированию более сложных искусственных организмов совпало с неудовлетворенностью состоянием дел в кардиологической сфере.

Так же, как человеческое сердце прокачивает кровь через организм, медуза перемещается в воде, нагнетая и выпуская воду подобно помпе. Цель исследования заключалась в том, чтобы разобраться в принципах функционирования этой «живой помпы» и затем воспроизвести искусственную систему на базе модели двигательных способностей медузы.

 

Medusoid, или искуственная медуза, созданная для того, чтобы показать возможности проектирования и конструирования искусственных живых организмов

 

«В 2007 году меня посетила мысль о том, что мы, возможно, плохо понимаем фундаментальные законы, касающиеся мышечных помп», - говорит Паркер, профессор биоинженерии и прикладной физики из Гарвардской Школы Инженерных и Прикладных Наук (Harvard School of Engineering and Applied Sciences, SEAS) и участник подразделения по изучению клеточного ядра в Институте Биоинженерии Гарвардского Университета. «Тогда я стал присматриваться к морским организмам, которые передвигаются за счет органической помпы. Затем я увидел медузу в Аквариуме Новой Англии и сразу же отметил для себя сходство и различие между тем, как медуза и человеческое сердце прокачивают жидкость».

Профессор Паркер конструировал Медузоида в сотрудничестве с главным автором работы Дженной Наурот (Janna Nawroth), докторантом-биологом Калифорнийского Технологического Института (the California Institute of Technology, Caltech), которая проводила свои исследования в лаборатории Паркера. Также участие в этом проекте принимал профессор аэронавтики и биоинженерии Джон Дабири (John Dabiri), эксперт по биологическим двигательным системам.

«Перед нами стоит задача серьезно продвинуть вперед проектирование тканей», - поясняет Дженна. «Сейчас это скорее что-то вроде искусства, когда люди пытаются скопировать ткань или орган, отталкиваясь лишь от своих представлений о важности тех или иных базовых компонентов –  по сути, не понимая, действительно ли нужны эти компоненты для осуществления определенной функции, и без анализа возможностей применения разных материалов».

Медузы как старейшие организмы, содержащие в себе различные функциональные органы, стали идеальными объектами для изучения, поскольку они используют мускулатуру для прокачки воды и перемещения в водной среде, а их морфология подобна человеческому сердцу.

 

Снимки, демонстрирующие на наноуровне структуру мышечной ткани настоящей медузы (слева) и искусственного организма (справа)

 

Для реинжиниринга медузы исследователи позаимствовали аналитический инструментарий у криминалистической биометрии и кристаллографии, чтобы составить карты субклеточных протеиновых сетей внутри всех мышечных клеток животного. После этого они изучили электрофизиологические и биомеханические особенности сокращения мускулатуры и движения медузы в воде.

Оказалось, что наиболее подходящим исходным материалом для создания синтетической медузы является искусственно выращенная ткань миокарда крысы, которая, находясь в жидкой среде, способна сокращаться под воздействием электрической стимуляции. В дальнейшем команда ученых поместила силиконовую полимерную основу искусственного существа в тонкую мембрану, своей формой напоминающую медузу с восемью отростками-щупальцами.

Опираясь на все те же аналитические инструменты, исследователи смогли совместить субклеточную, клеточную и тканевую архитектуру мускулатуры медузы с клетками миокарда крысы.

Впоследствии искусственную биоконструкцию погрузили в соленую воду, химически схожую с океанической, после чего синхронизированные сокращения, инициированные электроимпульсами, привели новый организм в движение. (На самом деле, мышечные клетки начали сокращаться сами по себе еще до того, как начали поступать управляющие электрические сигналы).

 

Искусственно выращенная медуза (справа) перемещается в водной среде практически таким же образом, как и живая медуза (слева)

 

«По-моему, удивительно, что нам удалось воссоздать комплексное плавательное поведение, характерное для живой медузы, при помощи сравнительно простых компонентов: силиконовой основы и мышечных клеток», - замечает профессор Дабири.

Такой подход к проектированию, по словам исследователей, можно будет применять для реинжиниринга мышечных органов человека.

«Нам как инженерам привычно конструировать объекты из стали, меди или бетона», - дополняет Паркер. «Я рассматриваю клетки как альтернативный строительный материал, но нам необходимы его точные количественные характеристики, чтобы технология проектирования тканей стала доступной для регулярного применения. Медуза предоставляет алгоритм для реинжиниринга функции органа и установления параметров его работы. Мы можем выполнить полный цикл инженерно-проектировочного процесса: проектирование, конструирование и тестирование».

Помимо прогресса в области проектирования тканей, профессор Паркер считает важным создание живого существа с целью бросить вызов традиционной синтетической биологии, которая «сфокусирована на генетических манипуляциях с клетками». Вместо того чтобы конструировать одиночную клетку, он намерен «создать целое животное».

В будущем ученые собираются усовершенствовать искусственную медузу, так чтобы она могла разворачиваться и двигаться в определенном направлении, и даже включить в ее состав простой «мозг», чтобы организм был способен реагировать на окружающую его среду, а также демонстрировать более продвинутое поведение вроде следования за источником света или получения энергии из пищи.

Комментарии:

Еще нет комментариев, станьте первым коментатором!
Войдите на зайт или зарегистрируйтесь, чтобы оставлять комментарии!
0
Реальна ли темная материя?

Реальна ли темная материя?

Вот уже много лет астрономы и физики спорят. Реальна ли таинственная темная материя, которую мы наблюдаем глубоко во Вселенной, или то, что мы видим, является результатом тонких отклонений от известных законов гравитации?

В 2016 году голландский физик Эрик Верлинде предложил теорию второго типа: возникающую гравитацию. Новое исследование, опубликованное в журнале Astronomy & Astrophysics, расширяет границы наблюдений за темной материей до неизвестных внешних областей галактик и дает переоценку нескольких моделей темной материи и альтернативных теорий гравитации. Измерения силы тяжести 259000 изолированных галак...
23.06.21 11:31
0
0
Hyundai покупает Boston Dynamics

Hyundai покупает Boston Dynamics

Hyundai Motor Group сделала важный шаг в мире мобильной робототехники, объявив о приобретении контрольного пакета акций Boston Dynamics у японской технологической компании Softbank.

Компания Boston Dynamics, наиболее известная своей неизменно впечатляющей роботизированной собакой по имени Spot, теперь будет работать вместе с автопроизводителем над технологиями, улучшающими мобильность человека. Boston Dynamics впервые представила Spot в июне прошлого года, и среди его стабильных маневренных роботов четвероногий, похожий на собаку, несомненно, стал звездой шоу. Мы видели, как...
22.06.21 10:42
0
3
НАСА сообщает о проблемах с космическим телескопом Хаббл

НАСА сообщает о проблемах с космическим телескопом Хаббл

В пятницу НАСА сообщило, что космический телескоп Хаббл, который вглядывался во Вселенную более 30 лет, не работал последние несколько дней.

По сообщению космического агентства США, проблема заключается в том, что компьютер с полезной нагрузкой перестал работать в прошлое воскресенье. Агентство настаивает на том, что сам телескоп и сопровождающие его научные инструменты «в добром здравии». «Цель компьютера с полезной нагрузкой - контролировать и координировать научные инструменты, а также контролировать их в целях обеспечения работос...
21.06.21 20:33
0
1
Светлая галактика в центре темного спора

Светлая галактика в центре темного спора

Темная материя считается клеем, который скрепляет галактики, но несколько лет назад группа астрономов заявила, что нашла галактику, в которой её было.

Другие ученые позже утверждали, что это была ошибка вычислений, но теперь первоначальная команда использовала Хаббл для более надежных наблюдений и подтвердила свои выводы. Новое исследование - последний эпизод в давней саге, которая действительно иллюстрирует действующий научный метод. В 2018 году группа астрономов из Йельского университета объявила об открытии DF2 - карликовой галактики, в кото...
19.06.21 11:37
0
2
Переработанные отходы целлюлозных заводов придают цементу прочность и эластичность

Переработанные отходы целлюлозных заводов придают цементу прочность и эластичность

Целлюлозные заводы производят значительное количество отходов, и ученые довольно творчески подходят к тому, как их можно использовать.

Последний пример исходит от исследователей Университета Британской Колумбии (UBC), которые использовали отходы целлюлозного завода в качестве наполнителя для цемента, который оказался более прочным и устойчивым. Отходы, лежащие в основе этого прорыва, известны как зола уноса целлюлозных заводов (PFA), которую целлюлозно-бумажная промышленность Северной Америки производит более миллиона тонн ежего...
11.04.21 16:09
0
2
Проводящий гидрогель может найти применение в робототехнике и не только

Проводящий гидрогель может найти применение в робототехнике и не только

Сейчас для создания устройства с высокой электропроводностью придется использовать твердые металлы. Но теперь ученые из Университета Карнеги-Меллона создали мягкий и гибкий материал, отвечающий всем требованиям.

Под руководством профессора Кармеля Маджиди исследователи начали с суспендирования чешуек серебра микрометрового размера в полиакриламидно-альгинатном гидрогеле. Когда этот материал впоследствии был частично дегидратирован, чешуйки серебра сцепились друг с другом, образуя сети, проходящие через матрицу гидрогеля. Эти сети были не только очень электропроводными, но и могли противостоять механическ...
21.03.21 13:29
1
3
Бактериальная биопленка выжимает масло из воды

Бактериальная биопленка выжимает масло из воды

Масло и воду очень трудно разделить, что затрудняет очистку загрязненной воды. Исследователи из Университета Северной Каролины обнаружили, что мембрана из бактериальной биопленки может эффективно пропускать воду, удерживая при этом масло.

Нефть представляет серьезную опасность для окружающей среды, когда случаются огромные разливы нефти, такие как Deepwater Horizon, но даже в меньших масштабах загрязнение может происходить в результате промышленных процессов. Всегда востребованы новые решения по очистке. В новом исследовании исследователи Университета Северной Каролины обратились за помощью к бактериям. Чтобы защитить себя от вред...
09.03.21 22:34
0
8
Радиация помогает самовосстановлению некоторых металлических сплавов

Радиация помогает самовосстановлению некоторых металлических сплавов

Радиация наносит вред как тканям, так и материалам. Но инженеры из Массачусетского технологического института крайне удивились, обнаружив, что она может помочь некоторым сплавам восстановиться, продлив срок их полезного использования.

Это поможет в проектировании будущих электростанций. Известно, что в ядерных реакторах радиация ускоряет коррозию большинства материалов, что приводит к возможному выходу из строя и вероятным катастрофическим последствиям. Поэтому в новом исследовании ученые из MIT и Национальной лаборатории им. Лоуренса Беркли намеревались определить, насколько вредна коррозия при разных уровнях радиации. Но их...
10.07.20 18:40
0