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Nov 08, 2023

Avec un soupçon d'araignée

21 avril 2023 Par Dina Weinstein À propos de Dreamwork, Team Work : Dans le cadre des Research Weeks 2023, cette série présente des étudiants de premier cycle et leurs mentors universitaires alors qu'ils parlent de leurs recherches et de ce qui

21 avril 2023

Par Dina Weinstein

À propos de Dreamwork, Team Work : dans le cadre des Research Weeks 2023, cette série présente des étudiants de premier cycle et leurs mentors universitaires alors qu'ils parlent de leurs recherches et de ce qu'ils ont appris les uns des autres en cours de route.

Caleb Wells, diplômé du Virginia Commonwealth University College of Engineering, consacre des heures à un projet microscopique qui a une très grande application : l'ingénierie tissulaire.

Pensez à la franchise « Spider-Man », dans laquelle le bras manquant d'un personnage est régénéré à l'aide de l'ADN de lézard. L’ingénierie tissulaire est un concept quelque peu similaire et elle est utilisée pour créer des greffons vasculaires pour le pontage aorto-coronarien. Wells étudie la façon dont les minuscules échafaudages utilisés dans le processus se dégradent.

« Nous mettons des cellules dans l’échafaudage et les cellules se construisent autour de l’échafaudage. Tout comme à la fin d'un projet de construction, vous démontez l'échafaudage », a déclaré Wells, étudiant au Département de génie mécanique et nucléaire. « Cet échafaudage se biodégrade à l’intérieur du corps humain. Ainsi, à un moment donné, il ne reste plus que les propres cellules de l'hôte. Il n'y a donc aucune chance de rejet ou quoi que ce soit. C'est un remplacement parfait.

Les fibres constituées d'un polymère appelé polycaprolactone forment l'échafaudage, et Wells se concentre sur les propriétés de ces fibres. Pour tester et établir une mesure de référence pour les fibres, il utilise un microscope électronique à balayage qui grossit 3 000 fois. Les minuscules fibres mesurent environ 1 micromètre de diamètre.

Pour produire l'échafaudage, un processus connu sous le nom d'électrofilage distribue le polymère en solution. "Vous obtenez des fibres orientées dans toutes les directions sur l'échafaudage, un peu comme si vous faisiez tourner de la barbe à papa autour d'un tube en carton", a déclaré Wells. "Ce qui, d'une certaine manière, peut être bénéfique mais aussi, selon les propriétés mécaniques que vous recherchez, pas si bénéfique."

Wells travaille sous la direction de Joao Silva Soares, Ph.D., dans son laboratoire de mécanique et de modélisation multi-échelle des tissus d'ingénierie (ETM3). Il vise à développer des approches expérimentales et informatiques hautement intégratives pour l’ingénierie des tissus cardiovasculaires.

"L'échafaudage polymère doit éventuellement se dégrader pour être entièrement remplacé par le nouveau tissu conçu", a déclaré Soares. "Nous essayons d'abord de comprendre comment mieux concevoir les tissus à l'intérieur du bioréacteur pour pouvoir ensuite parvenir à une meilleure intégration à l'intérieur du corps."

Wells a rencontré Soares alors qu'il suivait le cours de mécanique des déformables du professeur à l'été 2021, ce qui lui a donné une fenêtre sur la façon dont les matériaux et les formes se plient et se déforment sous l'effet de leurs forces.

Wells travaille également sur la conception d'appareils pour effectuer des tests de matériaux à l'aide d'appareils d'essai de traction mécanique uniaxiaux et biaxiaux. "Cela nous aide à déterminer comment les fibres que nous avons examinées au microscope sont affectées au fil du temps à l'aide du module d'élasticité de Young", a-t-il déclaré. « Si je tire dans toutes les directions, je peux observer comment les fibres de chaque direction sont affectées. Je peux jouer avec la programmation et la conception électrique ainsi qu'avec le fonctionnement de machines qui existent déjà. Je peux maintenant construire des machines et travailler sur le back-end en même temps.

Ici, l'étudiant et le mentor partagent leurs réflexions sur ce qu'ils ont appris en travaillant ensemble.

Qu’est-ce qui vous a attiré dans ce projet ?

Ce qui m'a intrigué, c'est la façon dont je peux appliquer le génie mécanique au travail biomédical. Ma famille et mes amis m'ont toujours dit, en fonction de ma personnalité, que je me lancerais dans le domaine biomédical parce que j'aime aider les gens. Dans ce laboratoire, je ne travaille pas encore directement sur quelque chose qui entre directement dans le corps de quelqu'un. Je travaille sur le côté mécanique de cet aspect. En ce moment, j'analyse les propriétés mécaniques et matérielles de ces échafaudages. Je joue donc un rôle dans un projet plus vaste qui participe ensuite à la solution d’un problème du corps humain. Faire partie de quelque chose qui peut faire une différence m’a vraiment enthousiasmé.

Qu’avez-vous retiré de cette expérience ?

L'un des avantages des laboratoires de recherche [expérimentales] est que vous pouvez appliquer ce que vous apprenez en classe aux différents projets. C'était très facile de faire cela avec ce laboratoire parce que je venais de suivre des cours de mécanique des déformables et de science des matériaux, qui s'inscrivent directement dans le travail que j'ai commencé à faire avec les tests de matériaux. Le module d'élasticité de Young était un terme que je venais d'apprendre un semestre ou deux auparavant, j'appliquais donc mes cours théoriques directement à des expériences du monde réel, ce qui donne vraiment une base concrète. Beaucoup de choses se sont déroulées beaucoup plus facilement après que j'ai pu le faire.