Блог

Jun 03, 2024

Стать бионическим: инженерия за пределами биологии

Элиза Стрикленд, Ариэль Блейхер, Миа Лобель и Лори Хауэлл «Становление бионическим» исследует, как инженеры и ученые превращают природу в инженерию. Адаптация того, что они наблюдают вживую

Элиза Стрикленд, Ариэль Блейхер, Миа Лобель и Лори Хауэлл

«Становление бионическим» исследует, как инженеры и ученые превращают природу в инженерию. Адаптируя то, что они наблюдают в живом мире, они создают полезные продукты или процессы, выходящие за рамки простой имитации биологических структур. Эта программа, входящая в серию «Инженеры нового тысячелетия», является совместным продуктом Инженерного управления Национального научного фонда и журнала IEEE Spectrum.

Содержание:

Сьюзен Хасслер: Мы собираемся начать с основных биологических единиц всех известных живых организмов. Клетки.

Фил Росс: Когда мы говорим о бионике, мы обычно говорим об оборудовании, которое добавляется в человеческое тело, чтобы сделать его сильнее или более способным. Но Элиза Стрикленд здесь, чтобы поговорить об идее, которая идет в другом направлении.

Элиза Стрикленд: Верно. Вот идея: ученые полагают, что, взяв живые человеческие клетки из организма и добавив их во внешние устройства, они смогут добиться больших успехов в медицинских исследованиях.

Сьюзан Хасслер: Мы все еще говорим о слиянии людей и оборудования, но это слияние происходит на гаджетах в лаборатории?

Элиза Стрикленд: Верно. И один особенно интересный пример — технология «орган-на-чипе». Орган на чипе — это попытка имитировать основные функции человеческого органа, например, сердца или легких, на чипе из силиконовой резины размером меньше вашего большого пальца.

Сьюзен Хасслер: И почему исследователи хотят создать эти миниатюрные имитации органов?

Элиза Стрикленд: Ну, они надеются, что эти чипы можно будет использовать для разработки новых лекарств. Они говорят, что тестирование новых лекарств на этих органах с помощью чипов будет дешевле, быстрее и менее спорным, чем тестирование на животных. Чтобы узнать больше, я пошел поговорить с ведущим мировым экспертом по этой технологии.

Дон Ингбер: Я Дон Ингбер; Я директор-основатель Института биологической инженерии Висса при Гарвардском университете.

Элиза Стрикленд: Я встречаюсь с Ингбером в штаб-квартире Института Висса в Бостоне, внутри стеклянного высотного здания. Институту всего три года, а все выглядит блестящим и новым. Ингбер проводит меня по лабораториям и останавливается у лабораторного стола, где выставлены образцы.

Дон Ингбер: Здесь вы видите легкие, сердце, почку, костный мозг, кишечник.

Элиза Стрикленд: Но мы не видим грязных, мясистых органов, из которых в банки сочится кровь. Вместо этого мы смотрим на пять маленьких кусочков прозрачного и гибкого пластика с выгравированными на них несколькими крошечными линиями. В чипы вставлено несколько трубок, через которые проходит воздух или кровеподобная жидкость. Это очень чистые и упрощенные версии наших человеческих органов.

Дон Ингбер: Да, это легкое на чипе. Это кристально чистое микроустройство размером с компьютерную карту памяти, поэтому мы можем его держать, хотя оно буквально имитирует механические дыхательные движения, потоки и всасывания в легких человека.

Элиза Стрикленд: На этом чипе процветают десятки тысяч человеческих клеток. И они не растут неорганизованными комками, как в чашке Петри. Вместо этого чип повторяет базовую структуру одного из 700 миллионов воздушных мешочков легких, где кровь течет по крошечным капиллярам и обменивает углекислый газ на свежий кислород.

Элиза Стрикленд: В этом чипе губчатая и пористая мембрана с одной стороны покрыта клетками легких, и воздух проходит через эти клетки через микроскопический канал. Другая сторона мембраны покрыта капиллярными клетками, обнаруженными в наших мельчайших кровеносных сосудах, и жидкость, имитирующая кровь, течет мимо этих клеток по другому крошечному каналу.

Элиза Стрикленд: Это позволяет исследователям наблюдать за происходящими биологическими процессами в упрощенной форме, прямо на чипе. Таким образом, исследователи могут, например, поместить лекарство в дыхательные пути чипа и наблюдать, как оно всасывается в кровь.