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Nov 08, 2023

「スパイダー」をヒントに

2023 年 4 月 21 日 ディナ・ワインスタイン著 ドリームワーク、チームワークについて: 2023 年のリサーチウィークの一環として、このシリーズでは、学部生とその教員のメンターが自分たちの研究や研究について語る様子を紹介します。

2023 年 4 月 21 日

ディナ・ワインスタイン

ドリームワーク、チームワークについて: Research Weeks 2023 の一環として、このシリーズでは、学部生と指導教員が自分たちの研究やその過程で互いに学んだことについて語る様子を紹介します。

バージニア コモンウェルス大学工学部 4 年生のケイレブ ウェルズは、組織工学という非常に大きな用途を持つ顕微鏡プロジェクトに何時間も費やしています。

登場人物の失われた腕がトカゲの DNA を使って再生される「スパイダーマン」シリーズを思い出してください。 組織工学も同様の概念であり、冠状動脈バイパス手術用の血管移植片を作成するために使用されます。 ウェルズ氏は、このプロセスで使用される小さな足場がどのように劣化するかを調査しています。

「細胞を足場に置くと、細胞は足場の周囲に構築されます。 建設プロジェクトの最後に足場を壊すのと同じように」と機械原子力工学科の学生、ウェルズは語った。 「この足場は人体内で生分解されます。 したがって、ある時点で残るのは宿主自身の細胞だけになります。 したがって、拒否される可能性などはありません。 完璧な代替品です。」

ポリカプロラクトンと呼ばれるポリマーでできた繊維が足場を形成しており、ウェルズ氏はこれらの繊維の特性に注目している。 繊維の基準値をテストして確立するために、彼は 3,000 倍に拡大する走査型電子顕微鏡を使用します。 極細の繊維は直径約1マイクロメートルです。

足場を製造するには、エレクトロスピニングとして知られるプロセスでポリマーを溶液中に分散させます。 「足場の上ではあらゆる方向に繊維が配向されます。まるでボール紙の筒の周りで綿菓子を回しているようなものです」とウェルズ氏は語った。 「これはある意味では有益ですが、求めている機械的特性によっては、それほど有益ではない場合もあります。」

ウェルズ氏は、ジョアン・シルバ・ソアレス博士の指導の下、人工組織マルチスケール力学およびモデリング (ETM3) 研究室で働いています。 心臓血管組織工学のための高度に統合的な実験と計算によるアプローチを開発することを目的としています。

「ポリマー足場は、人工的に作られた新しい組織に完全に置き換わるためには、最終的には分解する必要があります」とソアレス氏は言う。 「私たちはまず、バイオリアクター内で組織をより適切に操作する方法を理解して、その後、体内でのより良い統合を達成できるようにしようとしています。」

ウェルズ氏は、2021年の夏に教授の変形力学のクラスを受講中にソアレス氏に出会い、材料や形状がその力によってどのように曲がり、変形するのかを知る機会を得た。

Wells 氏は、一軸および二軸の機械的引張試験機を使用して材料試験を行うためのデバイス設計にも取り組んでいます。 「これは、ヤング弾性率を使用して、顕微鏡で観察した繊維が経時的にどのような影響を受けるかを判断するのに役立ちます」と彼は言いました。 「あらゆる方向に引っ張ると、各方向の繊維がどのような影響を受けるかを確認できます。 既存のマシンを操作しながら、プログラミングや電気設計を行うことができます。 今では、マシンの構築とバックエンドでの作業を同時に行うことができるようになりました。」

ここでは、学生とメンターが協力して学んだことについての考えを共有します。

このプロジェクトのどこに惹かれましたか?

私が興味を持ったのは、機械工学を生物医学の研究にどのように応用できるかということでした。 私の家族や友人は、私の性格から、人を助けるのが好きなので生物医学分野に進むだろうといつも言っていました。 この研究室では、まだ人の体に直接作用するものには直接取り組んでいません。 私はその側面の機械的な側面に取り組むことになります。 現在、これらの足場の機械的特性と材料特性を分析しています。 そこで私は、人体の 1 つの問題に対する 1 つの解決策に貢献する、より大きなプロジェクトに参加しています。 変化をもたらすことができる何かに参加できることに本当に興奮しました。

その経験から何が得られましたか？

[実験] 研究室の素晴らしい点の 1 つは、授業で学んだことをさまざまなプロジェクトに応用できることです。 私は変形力学と材料科学を受講したばかりだったので、このラボでそれを行うのは非常に簡単でした。これらは、材料テストで始めた作業に直接影響します。 ヤング弾性率は私が 1 ～ 2 学期前に学んだばかりの用語だったので、理論的な授業を実際の経験に直接適用していました。これは実際に具体的な基礎を与えてくれます。 それができるようになった後は、多くのことがずっと簡単にできるようになりました。