導電性プラスチックで心筋細胞のイオン伝達を人工的に再現 (Scientists mimic heart muscle cells with conductive plastic)

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2026-06-03 リンショーピング大学

スウェーデンのリンシェーピング大学(LiU)の研究チームは、導電性プラスチックを用いた有機電子デバイスにより、心筋細胞の特徴的なイオンシグナル伝達(活動電位)の人工再現に世界で初めて成功した。心筋細胞ではナトリウム、カリウム、カルシウムイオンの移動によって電気信号が発生し、心臓の拍動を制御しているが、特にカルシウムチャネルの遅い応答を従来のシリコン電子回路で再現することは困難だった。研究チームは、電子とイオンの両方を輸送できる導電性高分子(有機電子材料)を利用し、生体心筋細胞に類似した活動電位を生成する人工心筋細胞を開発した。この技術は、研究グループがこれまで開発してきた人工神経細胞技術を発展させたものであり、将来的には生体心筋との接続によるバイオ電子インターフェース、ペースメーカー、筋肉刺激インプラント、心機能異常を早期検知するセンサーなどへの応用が期待される。今後の課題は、人工細胞が生体細胞から信号を受け取り、他の細胞へ伝達できる「橋渡し機能」の実現である。

<関連情報>

有機人工心筋細胞 An organic artificial cardiomyocyte

Dace Gao,Junpeng Ji,Simone De Prà,Miao Xiong,Wenlong Jin,Ugo Bruno,Han-Yan Wu,Aleksandr Khudiakov,Andreas W. Erhardt,Chi-Yuan Yang,Peter J. Schwartz,Luca Sala,Iain McCulloch,Adrica Kyndiah,Mario Caironi,Magnus Berggren,Deyu Tu & Simone Fabiano
Nature Communications  Published:06 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-72584-5

図1:OECMの構造と生物物理学的妥当性。

Abstract

Advances in understanding biological excitability have driven both mathematical modeling and hardware emulation of action potential generation and propagation. While neuromorphic devices based on inorganic or organic systems have advanced rapidly, cardiomorphic hardware remains largely unexplored due to the complexity of reproducing multiple ionic dynamics and the temporal mismatch between the slow cardiac activity and the fast operation of solid-state electronics. Here, we present an organic electrochemical cardiomyocyte (OECM) in which ion-mediated channel currents exhibit time constants aligned with those of ventricular ionic processes. By reproducing a fast sodium current alongside slow, interdependent calcium and potassium currents, the OECM generates ventricular-like action potentials with biorealistic phases, displays refractoriness and responsiveness to electrical or chemical modulation, and synchronizes with bioelectric signals from living cardiomyocytes. These results shift the paradigm of cardiac modeling from purely computational simulations toward biorealistic hardware emulation.

医療・健康未分類
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