Kemajuan sains memungkinkan ilmuwan bisa menciptakan semacam ikan dari sel jantung manusia. Dalam percobaan mereka, ikan sintetis ini bisa bergerak cepat dalam larutan garam dan glukosa, menggunakan kekuatan yang sama dengan detak jantung kita dan berputar secara berirama dari sisi ke sisi.
Sistem peredaran darah mini yang bagus ini, yang dikembangkan oleh para ilmuwan di Harvard University dan Emory University, dapat terus berenang mengikuti irama selama lebih dari 100 hari.
Para penemu memiliki harapan besar untuk perangkat kecil yang aneh ini, yang terdiri dari sel-sel otot jantung hidup (kardiomiosit) yang tumbuh dari sel induk manusia.
Dikutip dari Science Alert, penciptaan ikan “biohibrida” ini berfokus pada dua fitur pengaturan utama jantung kita: kemampuan untuk berfungsi secara spontan tanpa perlu input sadar (otomatisitas), dan pesan yang dipicu gerakan mekanis (sinyal mekanikal).
Wawasan yang dipelajari dari penelitian ini, diharapkan akan memungkinkan para peneliti untuk meneliti lebih dekat aspek-aspek ini pada penyakit jantung.
“Tujuan utama kami adalah membangun jantung buatan untuk menggantikan jantung yang cacat pada seorang anak,” kata bioengineer di Harvard University Kevin Kit Parker.
Menurut mereka, meski cukup mudah untuk membuat sesuatu yang mungkin terlihat seperti jantung, membuat sesuatu yang benar-benar berfungsi seperti itu adalah tantangan yang jauh lebih sulit.
Fishbot yang bisa menggeliat, adalah langkah besar menuju hal tersebut. Sebelumnya, mereka menciptakan “makhluk” serupa dengan memanfaatkan otot jantung tikus untuk membangun pompa biohibrid ubur-ubur dan ikan pari cyborg.
“Saya bisa membuat model jantung dari Play-Doh (lilin mainan), bukan berarti saya bisa menciptakannya,” jelas Parker.
“Kita bisa menumbuhkan beberapa sel tumor acak dalam cawan sampai mereka mengental menjadi gumpalan berdenyut dan menyebutnya sebagai organoid jantung. Tak satu pun dari upaya itu akan, berdasarkan desain, merekapitulasi fisika sistem yang berdetak lebih dari satu miliar kali selama Anda seumur hidup sekaligus membangun kembali sel-selnya dengan cepat. Itulah tantangannya. Di situlah kami bekerja,” urainya.
Dengan dua lapisan kardiomiosit di setiap sisi sirip ekor, ikan biohibrida dibangun untuk menjadi otonom. Ia dapat mengabadikan gerakannya sendiri.
Ketika satu sisi meremas dengan kencang, sisi yang lain meregang, memicu mekanisme umpan balik yang menyebabkan sisi yang diregangkan berkontraksi dan kemudian memicu mekanisme yang sama di sisi lain dalam siklus yang berkelanjutan. Sistem kontraksi otot asinkron ini didasarkan pada otot terbang serangga.
Pembengkokan fisik adalah gerakan mekanis yang mengaktifkan sinyal listrik membentuk saluran ion di otot. Saluran ion ini memicu otot untuk aktif dan berkontraksi.
Mengekspos sistem ke streptomisin dan gadolinium, yang diketahui mengganggu saluran ion di otot, akhirnya menurunkan kecepatan renang dan memutuskan hubungan antara peregangan mekanis dan pemicu kontraksi berikutnya di sisi lain. Ini menegaskan saluran ion memang terlibat dengan kontraksi berirama.
“Dengan memanfaatkan sinyal mekano-listrik jantung di antara dua lapisan otot, kami menciptakan kembali siklus di mana setiap kontraksi dihasilkan secara otomatis sebagai respons terhadap peregangan di sisi yang berlawanan. “Hasilnya menyoroti peran mekanisme umpan balik dalam pompa otot seperti jantung,” kata bioengineer Harvard University Keel Yong Lee.
Parker dan rekannya juga mengintegrasikan sistem seperti alat pacu jantung ke dalam biohibrid: sekelompok sel terisolasi yang mengontrol frekuensi dan koordinasi gerakan ini.
“Karena dua mekanisme mondar-mandir internal, ikan kami bisa hidup lebih lama, bergerak lebih cepat, dan berenang lebih efisien dibandingkan ‘makhluk’ sebelumnya,” jelas peneliti biofisika Sung-Jin Park, salah satu penulis studi tersebut.
Kontraksi luas jaringan dari ikan biohibrida sebanding dengan ikan zebra yang dimodelkan oleh biohibrida, lebih efisien mendorong perangkat kecil di sekitar daripada sistem robot mekanis.
“Daripada menggunakan pencitraan jantung sebagai cetak biru, kami mengidentifikasi prinsip-prinsip biofisik utama yang membuat jantung bekerja, menggunakannya sebagai kriteria desain, dan mereplikasinya dalam suatu sistem, ikan yang hidup dan berenang, di mana jauh lebih mudah untuk melihat apakah kami berhasil atau tidak,” kata Parker.