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利用心肌細胞開發(fā)出“活的二極管”
日期：2025-05-01 22:24
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摘要：科學家朝模擬生物系統在體內相互作用和加工信息的目標上更接近一步，這也是朝制造新的生物機器人和開發(fā)**肌肉退行性疾病、心律不齊和截肢等幾種肌肉相關健康問題的新方法的目標上邁出的至關重要的一步。
在一項新的研究中，來自美國諾特丹大學的研究人員利用心肌細胞和心臟成纖維細胞（在心臟結締組織中發(fā)現的細胞），構建出一種“活的二極管（living diode）”，而且這種二極管能夠用于基于細胞的信息加工。他們通過一種新的自我形成的微圖案化方法構建出這種基于肌肉的電路。相關研究結果近期發(fā)表在Advanced Biosystems期刊上，...
科學家朝模擬生物系統在體內相互作用和加工信息的目標上更接近一步，這也是朝制造新的生物機器人和開發(fā)**肌肉退行性疾病、心律不齊和截肢等幾種肌肉相關健康問題的新方法的目標上邁出的至關重要的一步。
在一項新的研究中，來自美國諾特丹大學的研究人員利用心肌細胞和心臟成纖維細胞（在心臟結締組織中發(fā)現的細胞），構建出一種“活的二極管（living diode）”，而且這種二極管能夠用于基于細胞的信息加工。他們通過一種新的自我形成的微圖案化方法構建出這種基于肌肉的電路。相關研究結果近期發(fā)表在Advanced Biosystems期刊上，標題為“Muscle-Cell-Based ‘Living Diodes’”。通信作者為諾特丹大學航空航天與機械工程系助理教授Pinar Zorlutuna。
使用肌肉細胞（如心肌細胞）為構建功能性的生物結構或“計算組織（computational tissue）”從而允許器官控制和指導體內的機械裝置打開大門。這種設計按照一種矩形圖案排列這兩種類型的細胞（即心肌細胞和心臟成纖維細胞），將可興奮細胞和非可興奮細胞分離開來，從而允許Zorlutuna和她的團隊單向地轉換電信號，并且利用活的細胞實現二極管功能。除了這種類似二極管的功能之外，這些心肌細胞的天然跳動能力允許她的團隊通過調制這些細胞的電活動頻率傳遞嵌入到這些電信號中的信息。
Zorlutuna說，“當心肌細胞內在地通過細胞間連接（intercellular junction）與心臟成纖維細胞連接在一起時，它們具有對外部信號作出反應的獨特能力。通過將這兩種類型的細胞結合在一起，我們能夠定向地啟動、放大和傳播信號。成功地開發(fā)出這種心肌細胞二極管有可能將這種基于細胞的電路與一種生命系統連接在一起以及構建用于生物醫(yī)學工程應用（如生物傳動裝置和生物傳感器）的功能性控制部件?！?/span>
Zorlutuna團隊的這項研究為生物計算（biocomputing）提供新的方案。生物計算主要集中利用經過基因修飾的單細胞的基因電路或者摻雜著化學添加劑的神經元網絡，構建信息加工系統。鑒于這些單細胞接力執(zhí)行化學過程，這種單細胞方案更慢地加工信息，而且基于神經元的方案能夠錯誤地發(fā)送信號，在高達10%的時間里反向發(fā)送信號。
Zorlutuna探究生物仿生環(huán)境旨在理解和控制細胞行為。她也利用組織工程和基因工程技術以及微米技術和納米技術研究細胞間相互作用和細胞-環(huán)境相互作用
在一項新的研究中，來自美國諾特丹大學的研究人員利用心肌細胞和心臟成纖維細胞（在心臟結締組織中發(fā)現的細胞），構建出一種“活的二極管（living diode）”，而且這種二極管能夠用于基于細胞的信息加工。他們通過一種新的自我形成的微圖案化方法構建出這種基于肌肉的電路。相關研究結果近期發(fā)表在Advanced Biosystems期刊上，標題為“Muscle-Cell-Based ‘Living Diodes’”。通信作者為諾特丹大學航空航天與機械工程系助理教授Pinar Zorlutuna。
使用肌肉細胞（如心肌細胞）為構建功能性的生物結構或“計算組織（computational tissue）”從而允許器官控制和指導體內的機械裝置打開大門。這種設計按照一種矩形圖案排列這兩種類型的細胞（即心肌細胞和心臟成纖維細胞），將可興奮細胞和非可興奮細胞分離開來，從而允許Zorlutuna和她的團隊單向地轉換電信號，并且利用活的細胞實現二極管功能。除了這種類似二極管的功能之外，這些心肌細胞的天然跳動能力允許她的團隊通過調制這些細胞的電活動頻率傳遞嵌入到這些電信號中的信息。
Zorlutuna說，“當心肌細胞內在地通過細胞間連接（intercellular junction）與心臟成纖維細胞連接在一起時，它們具有對外部信號作出反應的獨特能力。通過將這兩種類型的細胞結合在一起，我們能夠定向地啟動、放大和傳播信號。成功地開發(fā)出這種心肌細胞二極管有可能將這種基于細胞的電路與一種生命系統連接在一起以及構建用于生物醫(yī)學工程應用（如生物傳動裝置和生物傳感器）的功能性控制部件?！?/span>
Zorlutuna團隊的這項研究為生物計算（biocomputing）提供新的方案。生物計算主要集中利用經過基因修飾的單細胞的基因電路或者摻雜著化學添加劑的神經元網絡，構建信息加工系統。鑒于這些單細胞接力執(zhí)行化學過程，這種單細胞方案更慢地加工信息，而且基于神經元的方案能夠錯誤地發(fā)送信號，在高達10%的時間里反向發(fā)送信號。
Zorlutuna探究生物仿生環(huán)境旨在理解和控制細胞行為。她也利用組織工程和基因工程技術以及微米技術和納米技術研究細胞間相互作用和細胞-環(huán)境相互作用
