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May 18, 2024

バイオニックになる: 生物学を超えたエンジニアリング

Eliza Strickland、Ariel Bleicher、Mia Lobel、Laurie Howell 著「Becoming Bionic」では、エンジニアや科学者が自然をエンジニアリングにどのように変換するかを探ります。 生活の中で観察したものを適応させる

イライザ・ストリックランド、アリエル・ブライチャー、ミア・ローベル、ローリー・ハウエル著

「Becoming Bionic」では、エンジニアや科学者が自然をエンジニアリングにどのように変換するかを探ります。 彼らは生物界で観察したものを適応させて、生物学的構造の単純な模倣を超えて、有用な製品やプロセスを作成します。 「Engineers of the New Millennium」シリーズの一部であるこのプログラムは、米国科学財団工学総局と IEEE Spectrum Magazine の共同制作です。

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スーザン・ハスラー: すべての既知の生物の基本的な生物学的単位から始めます。 細胞。

フィル・ロス: バイオニクスについて話すとき、私たちは通常、人体を強化したり、より能力を高めたりするために人体に追加されるハードウェアについて話します。 しかし、イライザ・ストリックランドは、別の方向に進むアイデアについて話すためにここにいます。

イライザ・ストリックランド: そうですね。 アイデアは次のとおりです。科学者は、体から生きた人間の細胞を取り出し、それを外部装置に追加することで、医学研究を大幅に改善できると考えています。

スーザン・ハスラー: 私たちは人間とハードウェアの融合についてまだ話していますが、その融合は研究室のガジェット上で行われているのでしょうか?

イライザ・ストリックランド：その通りです。 この特に興味深い例の 1 つは、Organ-on-a-Chip テクノロジーと呼ばれるものです。 チップ上の臓器は、心臓や肺などの人間の臓器の重要な機能を、親指よりも小さなシリコンゴムのチップ上で模倣する試みです。

スーザン・ハスラー: それで、なぜ研究者たちはこのような小型の模造臓器を作りたいのですか?

イライザ・ストリックランド: そうですね、彼らはこれらのチップが新薬の開発に使用できることを期待しています。 彼らは、チップ上のこれらの臓器で新薬をテストすることは、動物でテストするよりも安価で迅速であり、物議を醸すことも少ないだろうと述べています。 さらに詳しく知るために、私はこのテクノロジーの世界第一人者に話を聞きに行きました。

ドン・イングバー: 私はドン・イングバーです。 私はハーバード大学の生物インスピレーション工学研究所ウィス研究所の創設所長です。

イライザ・ストリックランド: 私はボストンにあるウィス研究所の本部、ガラス張りの高層ビル内でイングバーに会った。 この研究所は設立してまだ 3 年ですが、すべてがピカピカで新しく見えます。 イングバーは私に研究室を案内し、いくつかのサンプルが展示されている研究室のベンチで立ち止まりました。

ドン・イングバー: ここに見えるのは、肺、心臓、腎臓、骨髄、腸です。

イライザ・ストリックランド: でも、私たちが見ているのは、瓶の中に血がにじみ出る乱雑で肉厚な臓器ではありません。 代わりに、私たちは、いくつかの小さな線が刻まれた、透明で柔軟なプラスチックの 5 つの小さな部分を見つめています。 いくつかのチューブがチップに差し込まれ、空気または血液のような液体がチップ内に送り込まれます。 これらは人間の臓器の非常にクリーンで単純化されたバージョンです。

Don Ingber: はい、これがチップ上の肺です。 これはコンピューターのメモリースティックほどの大きさのこの透明なマイクロデバイスなので、文字通り人間の肺の機械的な呼吸運動や流れ、吸収を模倣していますが、実際に手に持つことができます。

イライザ・ストリックランド: このチップ上では何万もの人間の細胞が繁栄しています。 また、シャーレ内で発生するように、組織化されていない塊で増殖することもありません。 その代わりに、このチップは肺の 7 億個の気嚢のうちの 1 つの基本構造を再現しており、血液は小さな毛細血管を通って流れ、二酸化炭素を新鮮な酸素と交換します。

Eliza Strickland: このチップでは、海綿状の多孔質膜の片面が肺細胞で覆われており、空気が微細なチャネルを通ってこれらの細胞の上を流れます。 膜の反対側は、私たちの最も小さな血管に見られる毛細管細胞で覆われており、血液を模倣した流体が別の小さなチャネルでそれらの細胞を通過して流れます。

Eliza Strickland: これにより、研究者は生物学的プロセスがチップ上で単純化された形で起こるのを観察できるようになります。 そのため研究者は、たとえばチップの気道に薬剤を注入し、それが血液にどのように吸収されるかを観察することができる。