Research press release


Nature Biotechnology

Jellyfish mimics


Kit Parker、John Dabiriたちは、まず最初に、クラゲの泳ぐしくみに関するこれまでの研究を詳しく見直した。そして、クラゲの開閉サイクルの重要な特徴を3つを割り出し、これらを模倣できる生態組織工学的方法を考えた。クラゲの“推進”行程(電気的活性をもつ細胞のネットワークの働きによる、収縮性の傘の迅速で対称的な収縮)は、シート状にしたラットの心筋細胞の電気的刺激によって再現できるかもしれない。ゆっくりした“復元”行程は、ラットの心臓細胞を、元の形に戻る性質をもつ弾性素材上で増殖させることによって真似られる可能性がある。若いクラゲをさらに綿密に分析することにより、泳ぎの基礎となる筋細胞活性化の局所的パターン、全体的パターンが明らかになった。形や筋肉の構造の設計をさまざまに変えることにより、著者たちは、クラゲの泳ぎや摂食行動をほぼ正確に模倣したミリメートルサイズの模造クラゲの作成に成功した。この研究で編み出された定量的逆向き組織工学手法は、治療への利用を考えた組織工学にも応用可能かもしれない。

A freely swimming jellyfish replica made from silicone polymer and rat heart cells is reported this week in Nature Biotechnology. The study, which advances a quantitative and system-level approach to tissue engineering, provides new insights into the design of muscular pumps.

Kit Parker, John Dabiri and colleagues began by scrutinizing previous work on how jellyfish swim. They defined three key features of the jellyfish stroke cycle and predicted tissue-engineering approaches that might be able to mimic them. The jellyfish ‘power’ stroke-rapid, symmetric contraction of a compressible bell by a network of electrically active cells-might be copied by electrically stimulating a sheet of rat heart muscle cells. The slow ‘recovery’ stroke might be replicated by growing the rat heart cells on an elastic material that would return to its original shape. Additional in-depth analysis of young jellyfish revealed the local and global patterns of muscle-cell activation that underlie swimming. By varying the shape and muscle architecture of their designs, the authors succeeded in creating millimeter-sized constructs that closely simulate the swimming and feeding behaviors of jellyfish. The quantitative reverse engineering strategy developed in this study may be applicable to tissue engineering in a therapeutic context.

doi: 10.1038/nbt.2269

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