An autonomously swimming biohybrid fish designed with human cardiac biophysics

收缩(语法) 计算机科学 神经科学 生物 内分泌学
作者
Keel Yong Lee,Sung-Jin Park,David G. Matthews,Sean L. Kim,Carlos Antonio Marquez,John F. Zimmerman,Herdeline Ann M. Ardoña,André G. Kléber,George Lauder,Kevin Kit Parker
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:375 (6581): 639-647 被引量:142
标识
DOI:10.1126/science.abh0474
摘要

Biohybrid systems have been developed to better understand the design principles and coordination mechanisms of biological systems. We consider whether two functional regulatory features of the heart-mechanoelectrical signaling and automaticity-could be transferred to a synthetic analog of another fluid transport system: a swimming fish. By leveraging cardiac mechanoelectrical signaling, we recreated reciprocal contraction and relaxation in a muscular bilayer construct where each contraction occurs automatically as a response to the stretching of an antagonistic muscle pair. Further, to entrain this closed-loop actuation cycle, we engineered an electrically autonomous pacing node, which enhanced spontaneous contraction. The biohybrid fish equipped with intrinsic control strategies demonstrated self-sustained body-caudal fin swimming, highlighting the role of feedback mechanisms in muscular pumps such as the heart and muscles.
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