The artificial jellyfish. (Image credit: Harvard/Caltech)(UPI)
U.S. researchers say they've used inanimate silicone and living cardiac muscle cells to reverse engineer a freely swimming artificial "jellyfish."
Researchers at Harvard University and the California Institute of Technology say the successful effort was a proof of concept for reverse engineering a variety of muscular organs and simple life forms.
A description of the research that led to the tissue-engineered jellyfish, dubbed "Medusoid," has been published in Nature Biotechnology.
Jellyfish propel themselves through the water by pumping, in an action similar to the way a human heart pumps blood through the body, researchers said.
"It occurred to me in 2007 that we might have failed to understand the fundamental laws of muscular pumps," Kit Parker, a Harvard professor of bioengineering, said.
"I started looking at marine organisms that pump to survive. Then I saw a jellyfish at the New England Aquarium and I immediately noted both similarities and differences between how the jellyfish and the human heart pump."
Researchers used a sheet of cultured rat heart muscle tissue that would contract when electrically stimulated in a liquid environment to create an ersatz jellyfish.
The artificial construct was placed in container of ocean-like salt water and shocked into swimming with synchronized muscle contractions that mimic those of real jellyfish.
"I was surprised that with relatively few components -- a silicone base and cells that we arranged -- we were able to reproduce some pretty complex swimming and feeding behaviors that you see in biological jellyfish," said John Dabiri, a Caltech professor of aeronautics and bioengineering.
The researchers said they hope to further evolve the artificial jellyfish, allowing it to turn and move in a particular direction, and even incorporating a simple "brain" so it can respond to its environment.(UPI)
'동물 심장+실리콘' 인조 생명체 탄생
미국 과학자들이 첨단 해양 생물공학과 재료과학, 생체조직공학을 결합시켜 헤엄치는 인조 해파리를 탄생시켰다.
하버드 대학과 캘리포니아공대(칼텍) 과학자들은 쥐의 심장 근육세포와 실리콘 중합체를 이용해 로봇 메두사 해파리 `메두소이드'(Medusoid)를 만들어냈다고 네이처 바이오테크놀로지에 발표했다.
이 연구 성과는 다양한 근육 기관과 단순한 생명형태를 대상으로 한 `역설계'(Reverse Engineering: 완제품을 분해해 그 생산 과정을 분석하는 연구)가 기술적으로 실현 가능한 것임을 입증한 것이자 인조생명에 관한 정의의 폭을 넓힌 것이다.
연구를 이끈 하버드 대학의 케빈 키트 파커 교수는 펌프 운동으로 물 속에서 스스로 움직이는 메두소이드가 사람의 심장과 똑같이 뛰는 `생물 펌프'로서 심장 생리학 연구에 훌륭한 모델이 될 것이라고 밝혔다.
메두소이드 제작에는 쥐의 심장근육 세포와 얇은 실리콘막이 사용됐다. 진짜 해파리의 조직을 모방한 세포와 실리콘으로 만들어진 인조 해파리는 전도성 액체가 가득 들어있는 수조에 집어넣고 전류를 공급하자 진짜 해파리처럼 운동했다.
해파리는 세계에서 가장 역사가 깊은 다기관 동물로서 근육을 이용한 펌프운동을 통해 전진하며 이들의 기본 형태가 사람의 뛰는 심장과 비슷하기 때문에 가장 적합한 실험 대상으로 선택됐다.
파커 교수는 인조 해파리가 여러 가지 문제에 답을 줄 수 있다고 밝혔다.
해양생물학자는 해파리의 구조와 헤엄치는 방식에 대해 더 많은 것을 알 수 있게 될 것이고 비교생물학자는 메두소이드의 펌프운동을 심장 운동과 비교할 수 있으며 생체조직공학자들에게는 설계와 품질관리에 관한 학습이 될 수 있다는 것이다.
또 생물학을 이용하는 전문가들에겐 강한 추진력을 가진 수영선수가 어떻게 움직이는지 모방하는 모델이 될 수 있을 것이라고 그는 지적했다.
파커 교수는 메두소이드를 심혈관계 약물 개발용으로, 더 나아가 인조 심장의 새 설계를 위한 주안 단계로 이용하는 데 관심을 갖고 있으며 그 다음 목표는 "쥐보다 더 복잡한 해부학적 구조와 기능을 가진 다른 동물 로봇을 만들어내는 것"이라고 밝혔다.
그는 다음 단계 실험은 진화한 인조 해파리를 만들어 특정 방향으로 돌거나 움직이도록 하고 더 나아가 단순한 `뇌'도 만들어 환경에 반응하고 빛을 향해 나아가고 먹이를 찾는 등 더 복잡한 행동을 모방하도록 하는 것이라고 말했다.