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!
1
Появляется все больше свидетельств существования подледных озер На Марсе

Появляется все больше свидетельств существования подледных озер На Марсе

Пару недель назад стало известно, что на Венере может быть жизнь на высоте около 50 км над поверхностью. Новое исследование показывает, что лучшее место для жизни на Марсе может находиться на глубине более километра ниже поверхности, где была обнаружена целая сеть подледниковых озер.

Марс не всегда был таким холодным и сухим, как сейчас. Есть множество признаков того, что вода текла по его поверхности в далеком прошлом, но сегодня сложно найти даже какие-либо трещины, которые можно было бы назвать влажными. Тем не менее, сегодня на Марсе много воды, но практически вся она заморожена, поэтому от нее мало пользы для жизни. Даже в местах, где полуденная температура поднимается в...
29.09.20 18:42
0
0
Исследование описывает одну из самых экстремальных планет во Вселенной

Исследование описывает одну из самых экстремальных планет во Вселенной

CHEOPS сдерживает своё обещание: наблюдения с помощью космического телескопа позволили выявить детали экзопланеты WASP-189b - одной из самых экстремальных известных планет.

CHEOPS - это совместная миссия Европейского космического агентства (EКA) и Швейцарии под эгидой Бернского университета в сотрудничестве с Женевским университетом. Через 8 месяцев после запуска космического телескопа CHEOPS была выпущена первая научная публикация с использованием данных CHEOPS. CHEOPS - это первая миссия ЕКА, посвященная изучению известных экзопланет, вращающихся вокруг звезд ...
28.09.20 18:58
0
1
Новые измерения показывают, что на Луне опасный уровень радиации

Новые измерения показывают, что на Луне опасный уровень радиации

Будущие исследователи Луны будут подвергаться облучению в 2-3 раза больше, чем астронавты на борту Международной космической станции, что представляет опасность для здоровья, для защиты от которой потребуются укрытия с толстыми стенами.

В исследовании отмечается, что посадочный модуль Китая на обратной стороне Луны обеспечивает первые полные измерения радиационного воздействия на поверхности Луны, что является важной информацией для НАСА и других организаций, стремящихся отправить астронавтов на Луну. Китайско-немецкая группа сообщила о радиационных данных, собранных спускаемым аппаратом Chang'e 4 (в честь китайской богини луны)...
26.09.20 19:03
0
2
Гигантская черная дыра M87* сверкает

Гигантская черная дыра M87* сверкает

В прошлом году мир впервые взглянул на реальное прямое изображение тени черной дыры.

Теперь, оглядываясь на более ранние, более рудиментарные изображения, ученые обнаружили доказательства того, что кольцо вокруг M87* колеблется, из-за чего кажется, будто она блестит. Исторический снимок прошлого года стал результатом кропотливой работы, который довел нашу технологию наблюдений до предела. Это было кульминацией многолетних усилий и планирования, но окончательный снимок был составл...
25.09.20 20:11
0
0
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
8
Бионический 3D глаз может обеспечить сверхчеловеческое зрение

Бионический 3D глаз может обеспечить сверхчеловеческое зрение

Человеческий глаз - невероятно сложный орган, поэтому неудивительно, что его нелегко реконструировать.

Исследователи представили первый в мире искусственный 3D глаз, который не только превосходит другие устройства, но и способен видеть лучше оригинала. Бионические глаза появляются как способ восстановить зрение людям, потерявшим его, и даже тем, у кого его никогда не было. В настоящее время наиболее продвинутыми являются версии таких компаний, как Bionic Vision Australia и Second Sight, которые уж...
11.06.20 18:35
0
8
Нанотехнологии – революционные возможности для системы энергоснабжения

Нанотехнологии – революционные возможности для системы энергоснабжения

Тенденции в развитии энергетики, особенно в кризисные времена, когда бесперебойное энергоснабжение является непременным условием выживания, а также в связи с планами ЕС по постепенному отказу от ископаемого топлива в период до 2050 года подразумевают перевод энергетики на генерацию без выбросов СО2 в атмосферу.

И ставят вопрос о разработке способов генерации электроэнергии, не связанных с традиционной энергетикой и базирующейся на использовании новейших материалов.В настоящее время многие научные исследования в той или иной мере связаны с возможностью преобразования падающего на Землю потока солнечных частиц. Данное направление работ является очень перспективным в связи с  появлением новых мате...
15.04.20 18:35
0
7
Новый метод сделает краски из графена

Новый метод сделает краски из графена

Графен универсален, но есть одна проблема – он не диспергирует в воде. Но швейцарские исследователи нашли относительно простой способ сделать это.

Оксид графена - это другая форма материала, которая может обеспечить стабильную дисперсию в воде, а затем может быть использована в качестве графеновой краски. Графен представляет собой двумерный слой атомов углерода, расположенный в виде шестиугольника. Этот обманчиво простой материал обладает рядом полезных свойств - он невероятно легкий, тонкий и гибкий, но при этом прочный. Он отличный провод...
09.04.20 19:23
0