Stavební biologie na MIT: nový kurz propojuje mechaniku a biologii

Kurz 2.797/2.798 (Molekulární, buněčná a tkáňová biomekanika) na Massachusettském technologickém institutu (MIT) se zaměřuje na propojení mechaniky a biologie. „Dvě slova, která zní podobně, ale ve skutečnosti se velmi liší,“ říká Ritu Raman, profesorka tkáňového inženýrství na katedře strojírenství MIT.

Biomekanika, jak vysvětluje Raman, se zabývá mechanickými vlastnostmi biologických materiálů, zatímco mechanobiologie studuje, jak buňky vnímají a reagují na síly ve svém okolí. „Studenti, kteří si tento kurz vyberou, získají jedinečnou fúzi základů mechaniky a nejnovějšího výzkumu v biomekanice a mechanobiologii,“ dodává Raman.

Kurz vyučují Raman a Peter So, profesor strojírenství. So zdůrazňuje praktické uplatnění teoretických poznatků: „Zabýváme se aplikacemi a zdůrazňujeme význam základních konceptů.“

Nedávno byl vylepšen studijní plán tak, aby zahrnoval praktické laboratorní úlohy v prostorách BioMakers a SHED (Safety, Health, Environmental Discovery Lab), biotiskové dílně na kampusu. BioMakers a SHED umožnují studentům „stavět s biologií“ a v reálném čase sledovat, jak buňky reagují na vnější síly. Tato změna se setkala s velkým ohlasem, první semestr zaznamenal rekordní počet přihlášek.

„Mnoho konceptů v biomekanice a mechanobiologii je těžké si představit, protože probíhají v měřítkách, které obvykle nemůžeme vizualizovat,“ vysvětluje Raman. „V minulosti jsme se snažili tyto myšlenky předat pomocí obrázků, videí a rovnic. Laboratorní část přidává do našich výukových metod další dimenzi. Doufáme, že přímé pozorování, jak živé buňky vnímají a reagují na své prostředí, pomůže studentům lépe pochopit a zapamatovat si probíranou látku.“

Makerspaces, roztroušené po celém kampusu, nabízejí nástroje a pracovní prostory pro členy komunity MIT, kteří chtějí vynalézat, vytvářet prototypy a realizovat své nápady. Institut má přes 40 prostorů pro design, konstrukci a projekty, včetně zařízení pro 3D tisk, sklářství, práci se dřevem a kovem a další.

Kamakshi Subramanian, studentka Wellesley College, popisuje, jak jí tento kurz pomohl aplikovat teoretické znalosti: „V minulém kurzu jsem se setkala s polymerním modelem, ale nevěděla jsem, jak ho využít. Tento kurz mi dal nový úhel pohledu.“

Raman zdůrazňuje energii a nadšení spojené s laboratorní prací: „Připomíná mi to školní výlet v základní škole.“ Dodává, že energie studentů v prvním semestru inspirovala lektory k rozšíření laboratorních aktivit v druhém semestru. Byla přidána druhá laboratoř věnovaná 3D biotisku a volitelná praktická část závěrečného projektu.

Druhého semestru se k výuce připojili i další lektoři. Raman a So, spolu s profesorem biologického inženýrství Markem Bathem, plánují v následujících letech dále rozšiřovat praktickou část kurzu.

Ayi Agboglo, postgraduální student Harvard-MIT Health Sciences and Technology, studující fyzikální vlastnosti červených krvinek v kontextu srpkovité anémie, popisuje, jak mu kurz pomohl v jeho výzkumu. Kurz mu poskytl základy termodynamiky a energetiky, což považuje za užitečné pro jeho vědeckou práci.

Studenti kurzu 2.797/2.798 měli také možnost spolupracovat s Bostonským muzeem vědy a vytvořit open-source vzdělávací materiály o vzájemném působení mechaniky a biologie. Tyto materiály jsou nyní k dispozici na webových stránkách muzea.