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May 18, 2024

Diventare bionico: ingegneria oltre la biologia

Di Eliza Strickland, Ariel Bleicher, Mia Lobel e Laurie Howell "Becoming Bionic" esplora il modo in cui ingegneri e scienziati trasmutano la natura in ingegneria. Adattare ciò che osservano nella vita

Di Eliza Strickland, Ariel Bleicher, Mia Lobel e Laurie Howell

“Becoming Bionic” esplora il modo in cui ingegneri e scienziati trasmutano la natura in ingegneria. Adattando ciò che osservano nel mondo vivente, creano prodotti o processi utili, andando oltre la semplice imitazione delle strutture biologiche. Parte della serie "Ingegneri del Nuovo Millennio", questo programma è una coproduzione della Direzione per l'Ingegneria della National Science Foundation e della rivista IEEE Spectrum.

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Susan Hassler: Inizieremo con le unità biologiche di base di tutti gli organismi viventi conosciuti. Celle.

Phil Ross: Quando parliamo di bionica, in genere parliamo di hardware aggiunto al corpo umano per renderlo più forte o più capace. Ma Eliza Strickland è qui per parlare di un'idea che va nella direzione opposta.

Eliza Strickland: Giusto. L'idea è questa: prelevando cellule umane viventi dal corpo e aggiungendole a dispositivi esterni, gli scienziati pensano di poter apportare grandi miglioramenti alla ricerca medica.

Susan Hassler: Stiamo ancora parlando della fusione tra uomo e hardware, ma questa fusione avviene sui gadget in laboratorio?

Eliza Strickland: Esatto. E un esempio particolarmente interessante di ciò è chiamato tecnologia organ-on-a-chip. Un organo su chip è un tentativo di imitare le funzioni essenziali di un organo umano, come il cuore o i polmoni, su un chip di gomma siliconica più piccolo di un pollice.

Susan Hassler: E perché i ricercatori vogliono realizzare queste imitazioni di organi in miniatura?

Eliza Strickland: Beh, sperano che questi chip possano essere usati per sviluppare nuovi farmaci. Dicono che testare nuovi farmaci su questi organi tramite chip sarebbe più economico, più veloce e meno controverso rispetto ai test sugli animali. Per saperne di più sono andato a parlare con il massimo esperto mondiale di questa tecnologia.

Don Ingber: Io sono Don Ingber; Sono il direttore fondatore del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering presso l'Università di Harvard.

Eliza Strickland: Incontro Ingber presso la sede del Wyss Institute a Boston, all'interno di un grattacielo di vetro. L'istituto ha solo tre anni e tutto sembra nuovo e brillante. Ingber mi accompagna attraverso i laboratori e si ferma davanti a un banco dove sono esposti alcuni campioni.

Don Ingber: Qui quello che vedi è un polmone, un cuore, un rene, un midollo osseo, un intestino.

Eliza Strickland: Ma non stiamo guardando organi carnosi e disordinati che trasudano sangue in barattoli. Invece, stiamo fissando cinque piccoli pezzi di plastica trasparente e flessibile su cui sono incise alcune minuscole linee. Diversi tubi sono collegati ai chip per spingere l'aria o un fluido simile al sangue attraverso di essi. Queste sono versioni molto pulite e semplificate dei nostri organi umani.

Don Ingber: Sì, quindi questo è il polmone su un chip. È questo microdispositivo cristallino delle dimensioni di una memory stick di un computer, quindi possiamo effettivamente tenerlo in mano anche se imita letteralmente i movimenti respiratori meccanici, i flussi e gli assorbimenti del polmone umano.

Eliza Strickland: Decine di migliaia di cellule umane prosperano su questo chip. E non crescono in gruppi disorganizzati, come farebbero in una capsula di Petri. Invece, il chip replica la struttura di base di uno dei 700 milioni di sacche d’aria del polmone, dove il sangue scorre attraverso minuscoli capillari e scambia anidride carbonica con ossigeno fresco.

Eliza Strickland: In questo chip, su un lato, una membrana spugnosa e porosa è rivestita dalle cellule polmonari e l'aria scorre su queste cellule attraverso un canale microscopico. L'altro lato della membrana è rivestito dalle cellule capillari presenti nei nostri vasi sanguigni più piccoli e un fluido che imita il sangue scorre oltre quelle cellule in un altro minuscolo canale.

Eliza Strickland: Ciò consente ai ricercatori di osservare i processi biologici in forma semplificata, proprio sul chip. Quindi i ricercatori possono inserire un farmaco nelle vie aeree del chip, ad esempio, e osservare come viene assorbito nel sangue.