Peixe biohíbrido tem células de coração humano; entenda como funciona

Pesquisadores da Universidade Harvard, em colaboração com cientistas da Universidade Emory, desenvolveram o primeiro peixe biohíbrido totalmente autônomo a partir de células musculares cardíacas derivadas de células-tronco humanas.

O peixe artificial nada recriando as contrações musculares de um coração bombeando sangue. O projeto aproxima a ciência do desenvolvimento de uma bomba muscular artificial mais complexa, além de fornecer uma plataforma para estudar doenças cardíacas como a arritmia.

O objetivo final do estudo é construir um coração artificial para substituir um coração malformado em crianças, segundo Kit Parker, professor na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas John A. Paulson (SEAS) de Harvard e autor sênior da pesquisa, que foi publicada no periódico Science nesta quinta-feira (10).

Confira um vídeo do peixe biohíbrido:

A maior parte dos trabalhos na construção de tecidos cardíacos ou corações está focada em replicar as características anatômicas ou mesmo o simples batimento do órgão nos tecidos projetados. “Mas aqui, estamos nos inspirando no design da biofísica do coração, o que é mais difícil de fazer. Agora, em vez de usar imagens do coração como um modelo, estamos identificando os princípios biofísicos que o fazem funcionar. Ao usá-los como critérios de design e replicá-los em um sistema, no caso com peixes nadando, é mais fácil ver se fomos bem-sucedidos”, disse o pesquisador, em comunicado.

O peixe biohíbrido desenvolvido em Harvard baseia-se em pesquisas anteriores do Parker's Disease Biophysics Group. Em 2021, esse laboratório usou células musculares cardíacas de ratos para construir uma bomba biohíbrida semelhante a uma água viva. A partir desse mesmo tipo de células, em 2016, eles desenvolveram uma arraia artificial.

Na pesquisa atual, a equipe construiu o primeiro dispositivo biohíbrido autônomo feito de cardiomiócitos, a fibra muscular cardíaca, derivados de células-tronco humanas. A inspiração foi a forma e o movimento de natação de um peixe-zebra.

Ao contrário dos dispositivos anteriores, o peixe-zebra biohíbrido tem duas camadas de células musculares, uma de cada lado da barbatana da cauda. Quando um lado se contrai, o outro estica. Esse estiramento desencadeia a abertura de um canal mecanossensível de proteína, que causa uma contração, a qual leva a um outro estiramento e assim por diante. O que se tem, portanto, é um sistema de circuito fechado que pode impulsionar o peixe por mais de 100 dias.

Os pesquisadores também projetaram um nó de estimulação autônomo, como um marca-passo, que controla a frequência e o ritmo dessas contrações espontâneas. Juntos, as duas camadas de músculo e o nó de estimulação autônomo permitiram a geração de movimentos contínuos, espontâneos e coordenados de vaivém.

Por causa desses dos dois mecanismos internos de estimulação, esses peixes podem viver mais, mover-se mais rápido e nadar com mais eficiência do que os projetos de trabalhos anteriores, disse Sung-Jin Park, ex-bolsista de pós-doutorado no Grupo de Biofísica de Doenças do SEAS e coautor do estudo. “Esta nova pesquisa fornece um modelo para investigar a sinalização mecanoelétrica como um alvo terapêutico no gerenciamento do ritmo cardíaco e para entender a fisiopatologia das disfunções do nó sinoatrial e da arritmia cardíaca”.

O condicionamento do peixe biohíbrido ainda melhora com a idade. Sua amplitude de contração muscular, velocidade máxima de natação e coordenação muscular aumentaram no primeiro mês à medida que as células dos cardiomiócitos amadureceram. Eventualmente, o peixe biohíbrido atingiu velocidades e eficácia de natação semelhantes às do peixe-zebra na natureza.

Em seguida, a equipe pretende construir dispositivos biohíbridos ainda mais complexos a partir de células cardíacas humanas. “Eu poderia construir um modelo de coração com massinha de modelar, isso não significa que eu possa construir um coração”, disse Parker.

Ele explica que é possível cultivar algumas células tumorais aleatórias até que elas se transformem em um nódulo latejante, e então passe a chamá-las de "organoide cardíaco". No entanto, a semelhança na forma não vai "recapitular a física de um sistema que bate mais de 1 bilhão de vezes durante sua vida enquanto simultaneamente reconstrói suas células em tempo real". "Esse é o desafio. É aí que vamos trabalhar."