Forskare efterliknar hjärtmuskelceller med ledande plast

För första gången har forskare lyckats efterlikna jonsignaleringen hos hjärtmuskelceller på konstgjord väg. För att lyckas har LiU-forskarna använt organisk elektronik baserad på ledande plaster. Fynden, publicerade i Nature Communications, öppnar bland annat för nya typer av proteser, hjärtimplantat och sensorer på sikt.

– Det finns en anledning till att naturen har gett hjärtmuskelceller just den här typen av elektrisk signalering. Vi vill inte bara efterlikna biologin, utan också dra nytta av de principer som gör signalerna så effektiva, säger Simone Fabiano, professor i materialvetenskap vid Linköpings universitet.

Det mänskliga hjärtat slår ungefär 2,6 miljarder gånger under en genomsnittlig livstid. Det sker oavbrutet, dygnet runt, hela livet. En av nycklarna till det oförtrutna arbetet hos hjärtmuskelcellerna är transporten av kalium- natrium- och kalciumjoner in och ut ur cellerna. Jontransporten initierar en elektrisk impuls som kallas aktionspotential. Den i sin tur gör att hjärtats muskler drar ihop sig och blodet pumpas fram.

Men att efterlikna den jontransporten och aktionspotentialen på konstgjord väg har varit en utmaning då hjärtmuskelceller skiljer sig från andra celler i kroppen. Det beror på att jonkanalen som transporterar kalcium jobbar förhållandevis långsamt jämfört med natrium- och kaliumkanalerna.

– Det är just den långsamheten som blir flaskhalsen om man försöker jobba med traditionell elektronik som är utformad för att vara snabb. Då är organisk elektronik bättre i och med att den kan transportera både joner och elektroner och därför kommunicerar på samma sätt som cellerna i kroppen, säger Dace Gao, postdoktor vid Laboratoriet för organisk elektronik, LOE, vid LiU och huvudförfattare till den vetenskapliga artikeln publicerad i Nature Communications.

Det han och kollegorna vid LOE, Campus Norrköping, i stället gjort är att utveckla en konstgjord hjärtmuskelcell gjord av ledande plast som efterliknar den elektriska funktionen, det vill säga aktionspotentialen, hos cellen.

Samma forskargrupp har tidigare utvecklat konstgjorda nervceller som efterliknar egenskaperna hos biologiska nervceller. Att utveckla konstgjorda hjärtmuskelceller var ett naturligt nästa steg då det saknades hårdvara som kunde imitera den speciella jonsignaleringen.

Enligt Simone Fabiano finns det två huvudsakliga anledningar till att efterlikna hjärtmuskelcellers elektriska dynamik med organisk elektronik. Den ena är att forskarna kan få en djupare förståelse för vilka materialegenskaper som krävs för att återskapa biologiliknande signaler. Den andra är att sådana system på sikt kan användas som bioelektroniska modeller och gränssnitt:

– Eftersom detta är hårdvara kan vi på ett kontrollerat sätt undersöka hur förändringar i till exempel jonkoncentration och pH påverkar hjärtliknande elektriska signaler. I framtiden hoppas vi också kunna koppla sådana system närmare till biologiska hjärtmuskelceller, säger Simone Fabiano.

Forskarna ser bland annat framför sig hur tekniken skulle kunna bidra till små naturtrogna pacemakers, implantat som kan aktivera muskler eller sensorer som tidigt kan känna av störningar i hjärtfunktionen och sätta in åtgärder. Men då måste en knäckfråga lösas.

– De konstgjorda cellerna behöver både kunna ta emot en signal från en biologisk cell och sedan skicka vidare signalen till andra celler. Då skulle de konstgjorda hjärtmuskelcellerna fungera som en brygga och vi kommer betydligt närmare biomedicinska tillämpningar, säger Dace Gao.

Studien är i huvudsak finansierad av Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Wallenberg Initiative Materials Science for Sustainability, Vetenskapsrådet, Europeiska forskningsrådet, Marie Skłodowska-Curie Actions Postdoctoral Fellowships programme, Stiftelsen för strategisk forskning, Vinnova samt via den svenska regeringens strategiska forskningsområde inom avancerade funktionella materiel (AFM) vid Linköpings universitet.

Artikel: 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 2026, publicerad online 6 maj 2026. DOI: 10.1038/s41467-026-72584-5

Kontakt

Simone Fabiano, professor, simone.fabiano@liu.se, 011-36 36 33

Dace Gao, postdok, dace.gao@liu.se, 011-36 35 03