medusoid，一种组织工程的水母，具有游泳的能力

在彻底研究水母推进后，包括他们的肌肉的安排，他们的身体如何合同和反冲，以及流体动态效果如何帮助或阻碍他们的运动，这是一种科学家组织组织，用仿生从化学解离大鼠组织进行了仿生的水母硅氧烷聚合物。

加利福尼亚州帕萨迪纳市——当人们看到一只色彩斑斓的水母在海洋中搏动时，可能不会立即想到希腊神话。但这种动物曾经被称为美杜莎，因为它的触须很像神话中的蛇发生物。神话美杜莎的目光把人变成石头,而现在,由于最近的仿生工程学的发展,领导的一个研究小组在加州理工学院(Caltech)和哈佛大学翻转,寓言:将固体element-silicon-and肌肉细胞变成自由游泳“水母”。

他们制造这种组织工程水母的方法被称为“美杜索”在自然生物技术论文中概述，在7月22日之前出现在线上市。

“我们研究的一个大目标是推进组织工程，”加州理工学院生物学博士生、该研究的主要作者Janna Nawroth说。yabo124“在许多方面,它仍然是一个非常定性的艺术,人们试图复制一个组织或器官只是基于他们认为重要的或他们认为的主要元件不需要一定的理解如果这些组件所需的相关函数或不分析如何使用不同的材料。”因为一种特殊的功能——比如游泳——并不一定是从复制一个游泳生物体的每一个元素到一个设计中产生的，“我们的想法，”她说，“是把水母的功能——游泳和创造进食流——作为我们的目标，然后根据这些信息建立一个结构。”

水母被认为是世界上最古老的多器官动物，可能在过去的5亿年里存在。因为他们使用肌肉通过水泵，所以它们的功能 - 在非常基本的水平 - 类似于人类心脏的功能，这使得动物成为用于组织工程的良好生物系统。

“2007年，我突然想到，我们可能没有理解肌肉泵的基本定律，”哈佛大学塔尔家族生物工程和应用物理学教授、该研究的合著者凯文·基特·帕克(Kevin Kit Parker)说。“我开始研究那些靠泵生存的海洋生物。然后我在新英格兰水族馆看到了一只水母，我立刻注意到水母泵浦和人类心脏之间的相似之处和不同之处。这些相似之处有助于揭示设计仿生泵需要做些什么。”

Parker联系了Chartech-and Nawroth的顾问的航空和生物工程教授John Dabiri-and伙伴关系出生。这两组一起工作多年了解有助于水母推进的关键因素，包括肌肉的安排，他们的身体如何合同和反冲如何以及流动的效果如何帮助或阻碍他们的运动。一旦这些功能良好理解，研究人员开始设计人造水母。

Nawroth和他的同事们研究了几种用来制造水母身体的材料，最终找到了一种弹性材料，这种材料与在真正水母中发现的“果冻”相对类似。哈佛大学的研究小组在Nawroth的帮助下，将美杜莎水母身体的有机硅聚合物制成一层类似于小水母的薄膜，上面有8个手臂状的附属物。接下来，他们在细胞膜上打印了一个由蛋白质组成的图案，这个图案与真实动物的肌肉结构相似。这种蛋白质模式为分离的大鼠组织(保留收缩能力的单个心肌细胞)的生长和组织提供了路线图，使其形成连贯的游泳肌肉。

当研究人员在流体的导电容器中设立时，将电压从零伏的电压振荡到五个中，它们将静脉震动进入游泳中，以模拟真正的水母的同步收缩。实际上，即使在施加电流之前，肌肉细胞也开始自身收缩一点。

“我惊讶于，少数部件 - 我们安排的硅胶基地和细胞 - 我们能够再现在生物水母中看到的一些相当复杂的游泳和饲养行为，”Dabiri说，流体动力学测量匹配对于真正的动物。“我对符合自然生物学表现的近距离感到愉快地惊喜，也是我们看到我们可以改善这种自然表现的方法。进化过程错过了很多好的解决方案。“

该团队说，在生物启发工程中的这一进展表明，简单模仿性质不充分：焦点必须是功能。他们说，他们的设计策略将广泛适用于人类肌肉器官的逆向工程。此外，Dabiri和同事说，他们从一个生物收获心肌细胞并在人工系统中重新组织它们的新过程将有助于使用生物材料构建工程系统。

帕克说:“作为工程师，我们非常喜欢用钢、铜、混凝土来建造东西。”“我认为细胞是另一种建筑基质，但我们需要严格的定量设计规范，才能将组织工程从艺术和工艺转移到可复制的工程类型。水母提供了一种设计算法，用于对器官的功能进行逆向工程，并开发定量设计和性能规范。我们可以完成工程师的设计过程:设计、建造和测试。”

该团队的下一个目标是设计一个完全独立的系统，能够使用内部信号来感知和行动，因为人类的心脏。Nawroth和Dabiri也喜欢Meduusoid能够自己出去收集食物。然后，研究人员可以考虑在一段时间内能够生活在人体中的系统，而无需担心电池，因为系统能够自行击打。例如，这些系统可以是用生物元素制成的起搏器的基础。

“我们恢复了在合成生物学方面可以做的多少，”Dabiri说。yabo124“这几天的工作已经为工程师分子完成了很多工作，但工程师生物的努力较少。我认为这是对推进生物医学技术的目的进行重新设计整个生物的未来。我们还可以在这些生物系统使这些生物系统让我们有机会更有效地做事的应用程序，以更少的能源使用。“

其他哈佛协作者为自然生物技术撰写作出贡献，“具有仿生推进的组织工程水母”，是Hyungsuk Lee，Adam W. Feinberg，Crystal M.Ipplinger，Megan L. Mccain和Anna Grosberg，他培养了她的博士学位生物工程在卡特克。该研究的资金包括来自哈佛大学（NSF），国家科学基金会（NSF），国家卫生研究院，海军研究办公室，NSF计划在流体动力学方面的赠款。

图片：Caltech / Janna Nawroth