有这样一种“鱼”，它们用人类心脏跳动的方式游动。

美国研究人员利用人类干细胞分化出的心肌细胞，研发出了首个全自动生物杂交鱼。这种人工鱼通过重现心脏跳动时肌肉收缩的方式游动。这使研究人员离开发更复杂的人工肌肉泵又近了一步，同时为研究心律失常等心脏疾病提供了一个平台。相关研究近日发表于《科学》。

“我们的最终目标是建造一个人工心脏来替代儿童畸形的心脏。”哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)教授、论文通讯作者Kit Parker说。

Parker指出，包括他们此前已完成的工作在内，大多数构建心脏组织或心脏的工作都集中在复制心脏解剖特征或在工程组织中复制心脏的简单跳动。“而此次，我们尝试从心脏生物物理学中汲取设计灵感，当然这做起来会更难。我们正在确定使心脏工作的关键生物物理原理，将其作为设计标准，并在一个系统中进行复制再现。”

早在2012年，Parker的疾病生物物理学小组就利用大鼠心肌细胞构建了一个类似水母的生物杂交泵。2016年，他们又利用大鼠心肌细胞研发出一种能够游动的人工黄貂鱼。

在上述研究的基础上，该团队构建了第一个由人类干细胞分化的心肌细胞制成的自主生物杂交装置。该装置的设计灵感来自斑马鱼的形状和游动方式。

与此前构建的装置不同，这种生物杂交斑马鱼有双层肌肉细胞，尾鳍两侧各一层。当一侧收缩时，另一侧伸展，而伸展动作会触发一种机械敏感性蛋白质通道的开放，从而导致收缩，接着又会触发拉伸，由此形成一个闭环系统，支撑生物杂交鱼游动超过100天。

“利用双层肌肉间的心脏机械电信号，我们重新创造了一个循环——作为对一侧肌肉细胞拉伸的反应，每一次另一侧都会自动收缩。”SEAS博士后、论文共同第一作者Keel Yong Lee说，该研究结果突出了反馈机制在心脏等肌肉泵中的作用。

此外，研究人员还设计了一个像起搏器一样的自主起搏节点，控制肌肉细胞自发收缩的频率和节奏。双层肌肉细胞和自主起搏节点共同促成了生物杂交鱼连续、自发、协调的前后鳍运动。

这种生物杂交鱼会随着年龄的增长而愈发完美。因为心肌细胞的成熟，会使其肌肉收缩幅度、最大游动速度和肌肉协调性在第一个月均有所增加。最终，这种生物杂交鱼达到了与野生斑马鱼相似的游动速度和效果。

“通过采用上述两种内部起搏机制，我们的生物杂交鱼比以前研究构建的鱼活得更长、移动速度更快，游动效率也更高。”研究小组成员、论文共同第一作者Sung-Jin Park说，该研究为研究机械电信号作为心律管理的治疗靶点，以及窦房结功能障碍和心律失常等病理生理学研究提供了一个新模型。

下一步，该团队计划用人类心脏细胞构建更加复杂的生物杂交系统。(徐锐)