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Jun 03, 2024

Devenir bionique : l'ingénierie au-delà de la biologie

Par Eliza Strickland, Ariel Bleicher, Mia Lobel et Laurie Howell « Becoming Bionic » explore comment les ingénieurs et les scientifiques transmuent la nature en ingénierie. Adapter ce qu’ils observent dans le vivant

Par Eliza Strickland, Ariel Bleicher, Mia Lobel et Laurie Howell

« Becoming Bionic » explore comment les ingénieurs et les scientifiques transmuent la nature en ingénierie. En adaptant ce qu'ils observent dans le monde vivant, ils créent des produits ou des processus utiles, allant au-delà de la simple imitation de structures biologiques. Faisant partie de la série « Ingénieurs du nouveau millénaire », ce programme est une coproduction de la Direction de l'ingénierie de la National Science Foundation et du magazine IEEE Spectrum.

Contenu:

Susan Hassler : Nous allons commencer par les unités biologiques de base de tous les organismes vivants connus. Cellules.

Phil Ross : Lorsque nous parlons de bionique, nous parlons généralement de matériel ajouté au corps humain pour le rendre plus fort ou plus performant. Mais Eliza Strickland est là pour parler d’une idée qui va dans l’autre sens.

Eliza Strickland : C’est vrai. Voici l'idée : en prélevant des cellules humaines vivantes du corps et en les ajoutant à des dispositifs externes, les scientifiques pensent pouvoir apporter de grandes améliorations à la recherche médicale.

Susan Hassler : Nous parlons toujours de la fusion des humains et du matériel, mais cette fusion a lieu sur les gadgets du laboratoire ?

Eliza Strickland : C'est vrai. Et un exemple particulièrement intéressant est celui de la technologie des organes sur puce. Un organe sur puce est une tentative d'imiter les fonctions essentielles d'un organe humain, comme le cœur ou les poumons, sur une puce de caoutchouc de silicone plus petite que votre pouce.

Susan Hassler : Et pourquoi les chercheurs veulent-ils fabriquer ces imitations d'organes miniatures ?

Eliza Strickland : Eh bien, ils espèrent que ces puces pourront être utilisées pour développer de nouveaux médicaments. Ils affirment que tester de nouveaux médicaments sur ces organes sur des puces serait moins cher, plus rapide et moins controversé que les tests sur les animaux. Pour en savoir plus, je suis allé discuter avec le plus grand expert mondial de cette technologie.

Don Ingber : Je m'appelle Don Ingber ; Je suis le directeur fondateur du Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering de l'Université Harvard.

Eliza Strickland : Je rencontre Ingber au siège du Wyss Institute à Boston, à l'intérieur d'un immeuble vitré de grande hauteur. L’institut n’a que trois ans et tout semble brillant et neuf. Ingber me guide à travers les laboratoires et s'arrête devant une paillasse où sont exposés quelques échantillons.

Don Ingber : Ici, ce que vous voyez est un poumon, un cœur, un rein, une moelle osseuse, un intestin.

Eliza Strickland : Mais nous ne regardons pas des organes charnus et en désordre suintant du sang dans des bocaux. Au lieu de cela, nous regardons cinq petits morceaux de plastique transparent et flexible avec quelques petites lignes gravées dessus. Plusieurs tubes sont branchés sur les puces pour y pousser de l'air ou un liquide semblable à du sang. Ce sont des versions très épurées et simplifiées de nos organes humains.

Don Ingber : Oui, c'est donc un poumon sur une puce. Il s'agit d'un microdispositif limpide de la taille d'une clé USB d'ordinateur, de sorte que nous pouvons réellement le tenir, même s'il imite littéralement les mouvements respiratoires mécaniques, les flux et les absorptions du poumon humain.

Eliza Strickland : Des dizaines de milliers de cellules humaines prospèrent grâce à cette puce. Et ils ne poussent pas en touffes non organisées, comme ils le feraient dans une boîte de Pétri. Au lieu de cela, la puce reproduit la structure de base de l'un des 700 millions de sacs aériens du poumon, où le sang circule à travers de minuscules capillaires et échange le dioxyde de carbone contre de l'oxygène frais.

Eliza Strickland : Dans cette puce, une membrane spongieuse et poreuse est recouverte d'un côté des cellules pulmonaires, et l'air circule sur ces cellules à travers un canal microscopique. L’autre côté de la membrane est recouvert de cellules capillaires présentes dans nos plus petits vaisseaux sanguins et d’un liquide qui imite le sang circule à travers ces cellules dans un autre petit canal.

Eliza Strickland : Cela permet aux chercheurs d'observer les processus biologiques se dérouler sous une forme simplifiée, directement sur la puce. Ainsi, les chercheurs peuvent par exemple introduire un médicament dans les voies respiratoires de la puce et observer comment il est absorbé dans le sang.