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Nov 08, 2023

Con un accenno di "Spider".

21 aprile 2023 Di Dina Weinstein Informazioni su Dreamwork, lavoro di squadra: nell'ambito delle settimane di ricerca 2023, questa serie mostra gli studenti universitari e i loro tutor di facoltà mentre parlano della loro ricerca e di cosa

21 aprile 2023

Di Dina Weinstein

Informazioni su Dreamwork, lavoro di squadra: nell'ambito delle Research Weeks 2023, questa serie presenta gli studenti universitari e i loro tutor di facoltà mentre parlano della loro ricerca e di ciò che hanno imparato gli uni dagli altri lungo il percorso.

Caleb Wells, senior del Virginia Commonwealth University College of Engineering, dedica ore a un progetto microscopico che ha una grande applicazione: l'ingegneria dei tessuti.

Pensa alla serie “Spider-Man”, in cui il braccio mancante di un personaggio viene ricresciuto utilizzando il DNA di lucertola. L'ingegneria tissutale è un concetto in qualche modo simile e viene utilizzata per creare innesti vascolari per la chirurgia di bypass dell'arteria coronaria. Wells indaga su come le minuscole impalcature utilizzate nel processo si degradano.

“Mettiamo le cellule nell’impalcatura e le cellule si costruiscono attorno all’impalcatura. Proprio come alla fine di un progetto di costruzione, si abbatte l’impalcatura”, ha detto Wells, uno studente del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Nucleare. “Questa impalcatura si biodegrada all’interno del corpo umano. Quindi, ad un certo punto, l'unica cosa rimasta sono le cellule dell'ospite. Quindi non c'è alcuna possibilità di rifiuto o altro. È un sostituto perfetto.”

Le fibre costituite da un polimero chiamato policaprolattone formano l’impalcatura e Wells si concentra sulle proprietà di tali fibre. Per testare e stabilire una misura di base per le fibre, utilizza un microscopio elettronico a scansione che ingrandisce 3.000 volte. Le minuscole fibre hanno un diametro di circa 1 micrometro.

Per produrre l'impalcatura, un processo noto come elettrofilatura distribuisce il polimero in soluzione. "Le fibre sono orientate in ogni direzione sull'impalcatura, un po' come far girare lo zucchero filato attorno a quel tubo di cartone", ha detto Wells. "Che in un certo senso può essere vantaggioso ma anche, a seconda delle proprietà meccaniche che stai cercando, non così vantaggioso."

Wells lavora sotto la guida di Joao Silva Soares, Ph.D., nel suo laboratorio di meccanica e modellazione multiscala di tessuti ingegnerizzati (ETM3). Mira a sviluppare approcci sperimentali-computazionali altamente integrativi per l'ingegneria dei tessuti cardiovascolari.

“L’impalcatura polimerica alla fine dovrà degradarsi per essere completamente sostituita dal nuovo tessuto che è stato ingegnerizzato”, ha detto Soares. “Stiamo cercando innanzitutto di capire come ingegnerizzare meglio il tessuto all’interno del bioreattore per poter poi ottenere una migliore integrazione all’interno del corpo”.

Wells ha incontrato Soares mentre seguiva il corso di Meccanica dei deformabili del professore nell'estate 2021, che gli ha dato una finestra su come i materiali e le forme si piegano e si deformano con le loro forze.

Wells sta anche lavorando alla progettazione di dispositivi per eseguire prove sui materiali utilizzando tester di trazione meccanica uniassiali e biassiali. "Questo ci aiuta a determinare come le fibre che abbiamo osservato al microscopio vengono influenzate nel tempo utilizzando il modulo di elasticità di Young", ha affermato. “Se tiro in ogni direzione, posso vedere come vengono influenzate le fibre di ciascuna direzione. Mi diverto con la programmazione e la progettazione elettrica insieme a macchine operatrici già esistenti. Ora posso costruire macchine e lavorare sul back-end allo stesso tempo."

Qui, lo studente e il mentore condividono pensieri su ciò che hanno imparato lavorando insieme.

Cosa ti ha attratto verso questo progetto?

Ciò che mi ha incuriosito è stato il modo in cui posso applicare l'ingegneria meccanica al lavoro biomedico. La mia famiglia e i miei amici mi hanno sempre detto che, in base alla mia personalità, mi sarei dedicato al settore biomedico perché mi piace aiutare le persone. In questo laboratorio non sto ancora lavorando direttamente su qualcosa che entra direttamente nel corpo di qualcuno. Posso lavorare sul lato meccanico di quell'aspetto. In questo momento sto analizzando le proprietà meccaniche e materiali di queste impalcature. Quindi ho un ruolo in un progetto più grande che poi gioca un ruolo nella soluzione di un problema nel corpo umano. Essere parte di qualcosa che può fare la differenza mi ha davvero emozionato.

Cosa hai ottenuto dall'esperienza?

Uno degli aspetti positivi dei laboratori di ricerca [sperimentali] è che puoi applicare ciò che stai imparando in classe ai diversi progetti. È stato molto semplice farlo con questo laboratorio perché avevo appena seguito Meccanica dei deformabili e Scienza dei materiali, che si inseriscono direttamente nel lavoro che ho iniziato a fare con i test sui materiali. Il modulo di elasticità di Young era un termine che avevo appena imparato un semestre o due prima, quindi stavo applicando i miei corsi teorici direttamente alle esperienze del mondo reale, il che fornisce davvero una base concreta. Molte cose sono diventate molto più facili dopo che sono stato in grado di farlo.