"تركز فرق أبحاث" يأخذ على الفرص الناشئة في مجال التكنولوجيا الحيوية والروبوتات

في مبادرة لتعزيز التعاون حول موضوعات جديدة جدا لتناسب الإدارات والمراكز القائمة, أنشأت كلية الهندسة والعلوم التطبيقية برنامج لتمويل صغير, مجموعة متعددة التخصصات من الباحثين ودعا المركزة فرق أبحاث. وقد سميت المدرسة ثلاثة فرق الأولية, اثنين في المناطق الناشئة في مجال التكنولوجيا الحيوية واحد في مجال الروبوتات والأنظمة "سايبر البدني". وسوف يحصل كل $250,000 سنويا لمدة ثلاث سنوات, وبعد ذلك سيتم تقييم لتحديد ما إذا كانت المبادرة يجب أن تستمر, تتطور إلى جهد أكبر أو إبرام.

"إن وتيرة اكتشاف ومستوى الإبداع لدى أعضاء هيئة التدريس أمر يبعث على الدهشة,"قالت إيميلي كارتر, عميد كلية الهندسة. "والكثير من هذا العمل يحدث عند الناس من مختلف التخصصات يبدأ العمل معا ويلهم بعضهم البعض. في عملية التخطيط الاستراتيجي الأخيرة لدينا, حددنا الحاجة إلى احتضان وتسريع المناطق الجديدة الأكثر إثارة حتى نتمكن من تحقيق أسرع فوائدها للمجتمع.

"لقد تأثرت كثيرا بنوعية المقترحات التي تلقيناها، وأنا سعيدة لإنشاء هذه الفرق الثلاثة الأولى,"وقال كارتر, وAndlinger البروفيسور جيرهارد الطاقة والبيئة.

كارتر ونائب عميد أنطوان كان اختيار فرق من بين العديد من الطلبات, بعد عملية مراجعة النظراء.

فرق البحوث المركزة الافتتاحية هي:

المضادات الحيوية الدقة

في اقتراحهم, ويلاحظ هذا الفريق أن المضادات الحيوية هي أحد أعمدة الطب الحديث ولكن تواجه مشكلتين رئيسيتين: القدرة المتزايدة للبكتيريا خطيرة لمقاومة المضادات الحيوية حتى أقوى والميل لمعظم المضادات الحيوية لتمحو البكتيريا المفيدة وكذلك الضارة. فريق من ثلاثة أعضاء هيئة التدريس يسعى إلى مكافحة هاتين المشكلتين من خلال تطوير جيل جديد من المضادات الحيوية التي تستهدف البكتيريا محددة أكثر من ذلك بكثير على وجه التحديد من المضادات الحيوية التقليدية.

الباحثون الرئيسي للفريق وA. جيمس لينك, أستاذ الهندسة الكيميائية والبيولوجية; مارك برينيلدسن, أستاذ مشارك في الهندسة الكيميائية والبيولوجية; ومحمد دنيا, أستاذ مساعد البيولوجيا الجزيئية. تقترح مجموعة نهجين رئيسيين لتحديد مركبات المضادات الحيوية التي تستهدف الدقة. أول, وسوف ننظر في المركبات الكيميائية المنتجة بالفعل microbiome الإنسان - مجموعة من البكتيريا المفيدة التي تعيش في الجسم وتساعد على الهضم وغيرها من المهام. هذه البكتيريا المفيدة تنتج المواد الكيميائية التي درء إضافات غير مرغوب فيه للمجتمع البكتيرية. ان الفريق ننظر إلى هذه المواد الكيميائية الدفاعية كمرشحين لاستهداف الغزاة الضارة في حين ترك البكتيريا المفيدة وحدها.

سوف يكون النهج الثاني للتركيز على العمليات التي تستخدم البكتيريا الضارة تسبب آثارها السامة, ولكن الذي ليست ضرورية للجراثيم أن يعيش. فمثلا, البكتيريا التي تسبب التهابات المكورات العنقودية مشتركة تنتج الصباغ الذي يحيد المواد الكيميائية التي تنتجها الخلايا المناعية البشرية, مما يساعد البكتيريا العنقودية التهرب من الدمار. A المخدرات التي هاجمت هذه الصبغة الواقية قد تضعف البكتيريا العنقودية ما يكفي لجعله غير مؤذية ولكن ليس بما يكفي لإجبارها على تطوير مقاومة للمضادات الحيوية. الباحثون ايضا ان الجمع بين النهجين, أبحث عن المركبات antivirulence في منطقة إحيائية الطبيعية.

"إن الزيادة في مقاومة المضادات الحيوية في البكتيريا هي واحدة من التحديات الصحية الرئيسية في القرن ال21,قال لينك. "في نفس الوقت, هناك زيادة في التقدير أن ما يقرب من جميع البكتيريا التي تعيش علينا, microbiome لدينا, هي غير مؤذية أو حتى مفيدة. كل واحد منا في فريق البحث المركز هذا لديه أساليب مختلفة ولكنها متداخلة لمعالجة هذا التحدي. بهذه الجائزة الكريمة من كلية الهندسة, يمكننا توحيد جهودنا والتعاون لإحداث تأثير كبير في مجال المضادات الحيوية ".

وسيتم دعم عمل هذا الفريق من قبل الصندوق الذي أنشئ من قبل هيلين هانت شيبلي, الذي حصل على درجة الماجستير في الرياضيات من جامعة برينستون في 1971.

هندسة العضيات الحية

تماما كما هي أجهزة أجزاء الجسم التي تؤدي أدوارا لأغراض خاصة, العضيات هي وحدات داخل الخلايا التي تؤدي أيضا وظائف أساسية - وفي كلتا الحالتين, مشاكل مع هذه المكونات هي المسؤولة عن الأمراض الرئيسية. وقام فريق من الباحثين برينستون من ثلاثة أقسام تعمل على فهم كيفية الفرعية الخلوية العضيات تطوير وكيفية مهندس منهم لتصحيح مشاكل أو خلق وظائف جديدة. يمكن القيام بذلك لها استخدامات من علاج المرض إلى إنتاج الوقود الحيوي.

الباحثون الرئيسي للفريق هم خوسيه أفالوس, أستاذ مساعد في الهندسة الكيميائية والبيولوجية ومركز Andlinger لشؤون الطاقة والبيئة; كليفورد برانجوين, أستاذ مشارك في الهندسة الكيميائية والبيولوجية; ميكو هاتاجا, أستاذ الهندسة الميكانيكية والفضاء; وجاريد Toettcher, أستاذ مساعد في علم الأحياء الجزيئي.

يخطط الفريق للبناء على موجة من الاكتشافات الحديثة وأدوات جديدة في جامعة برنستون التي يتم الكشف عن رؤى مفاجئة في كيفية تشكل العضيات وكيف يمكن التلاعب بها. فمثلا, فريق الريادة فهم جديد للعضيات غشاء أقل - الهياكل التي ليست ملزمة بجدار بل هي مجموعات الذاتي تجميع الجزيئات العائمة بحرية في السائل داخل الخلايا. ويعتقد أن أخطاء مع مثل هذه الهياكل لتترافق مع اضطرابات مختلفة, بما في ذلك التصلب الجانبي الضموري أو لو جيهريج. وقد اعترف Brangwynne مؤخرا لعمله في هذا المجال مع اثنين من الألقاب الكبرى: الاختيار ك 2018 زميل ماك آرثر, وتعيين سبع سنوات كما محقق هوارد هيوز الطبي, واحدة من أعلى مرتبة الشرف في علوم الحياة.

جنبا إلى جنب مع هذه الأفكار الأساسية, يسعى فريق لتطبيق المجال الناشئ من علم البصريات الوراثي, القدرة على التحكم في سلوك الجينات باستخدام الضوء. العديد من أعضاء الفريق أدخلت مؤخرا سلسلة من الطرق المعملية والحسابية لاستخدام ضوء للتحكم في تشكيل العضيات غشاء أقل. وفي مثال آخر, أفالوس وزملاؤه استخدمت مؤخرا الضوء على السيطرة على عملية التمثيل الغذائي للخلايا الخميرة, تغيير الأسلاك الكهربائية لخلايا لإنتاج الوقود القيمة التي عادة أن قتل الخلايا.

المضي قدما يتطلب مزيجا من بيولوجيا الخلية, تقنيات الهندسة, الفيزياء وعلم المواد, وقال Brangwynne. "أنا مقتنع تماما هذا المجال علينا أن خلق, ويجب علينا اقامة برينستون كمكان رئيس الوزراء حيث يمكن أن يحدث هذا," هو قال.

وسيتم دعم عمل هذا الفريق من قبل الصندوق الذي أنشأته ليديا ويليام آدي. حصل وليام آدي درجة البكالوريوس في الهندسة الكيميائية من جامعة برينستون في 1982.

الروبوتات والأنظمة الإلكترونية البدنية

تقدمت أنظمة روبوتية بشكل كبير في السنوات الأخيرة, بما في ذلك استخدام مهدها السيارات ذاتية القيادة. ومع ذلك, لا تزال هناك ثغرات كبيرة في الجهود المبذولة لجعل استخدام واسع النطاق من الروبوتات التي تعمل جنبا إلى جنب مع البشر أو في توزيعها, مجموعة مترابطة. فريق من أربعة أعضاء هيئة التدريس في ثلاثة أقسام تسعى لملء هذه الثغرات من خلال جلب مجموعة من الخبرات للتأثير على تحديا خاصا: إنشاء فريق تعاوني من الروبوتات التي تجمع القمامة. وقال الفريق هذه المهمة تجسد العديد من التحديات التي تواجه النظم الروبوتية اليوم, بما في ذلك الحاجة إلى كل إنسان على الشعور, التلاعب وانتقل بيئتها, وبالنسبة للمجموعة ككل لتنسيق وتخصيص مواردها لتحقيق هذه المهمة بأكبر قدر من الكفاءة.

المحققون الرئيسي للفريق وتوماس Funkhouser, ديفيد M. سيجل '83 أستاذ في علوم الحاسب الآلي; نعومي ليونارد, إدوين S. أستاذ Wilsey الهندسة الميكانيكية والفضاء; أنيرودا ماجومدار, أستاذ مساعد في الهندسة الميكانيكية والفضاء; ونافين فيرما, أستاذ مشارك في الهندسة الكهربائية.

من خلال التركيز على مشروع جمع القمامة, يتوقع فريق لإنشاء مركز لإجراء مزيد من البحوث والتعاون. "هذه القدرات والتحديات المرتبطة بها جدا ذات الصلة على نطاق واسع في جميع أنحاء الروبوتات - وليس مرتبطة تفاصيل مهمة جمع القمامة,"سعيد ماجومدار.

عمل يتجاوز الروبوتات التقليدية إلى المجال الناشئ من أنظمة الإلكترونية البدنية, التي تشير إلى صفائف توزيع الأجهزة أو النظم الآلية, غالبا ما ترتبط أو المنسقة عبر شبكة, مثل الإنترنت.

"فمثلا, فرق من الروبوتات المتحركة الصغيرة يمكن أن توفر دعما حيويا لعمليات البحث والإنقاذ بعد وقوع زلزال أو فيضان; يمكنهم تقديم الأدوية الحيوية للناس في المناطق النائية أو خطرة من العالم; أنها يمكن رصد التغيرات في بيئتنا من خلال تتبع النباتية والحيوانية السكان على مر الزمن,"كتب الباحثون.

بالإضافة إلى التقدم التكنولوجي, فريق يريد جهد للمساعدة على معالجة المسائل الاجتماعية المحيطة نشر الروبوتات في البيئات الاجتماعية وآثارها في المجتمعات المحرومة.

"بصورة شاملة, ونحن نرى أن هذا المشروع لديه القدرة أن يكون لها تأثير حقيقي على بعض التحديات الكبرى في مجال الروبوتات من خلال الجمع بين مجموعة متنوعة من الخبرات, بدء تعاون جديدة في جميع أنحاء الحرم الجامعي, تعزيز القائم منها, وإشراك الطلاب وحملة الدكتوراه,"سعيد ماجومدار.

مصدر:

www.princeton.edu/news, ستيفن شولتز