Grefele de neuroni pot repara intestinul A grefa neuroni în abdomen pentru a învinge boli gastro-intes-tinale? Această strategie experimen-talăseconfigureazădinobservaţiirecente asupra reţelelor neuro-nale, care, în aparatul digestiv uman,controleazăcontracţiilesausecreţiileintestinale. Cercetări clinice precedenteau evidenţiat că aceşti neuroniadăpostesccelulestemuşordepre-levat. Respectivele celule destinatea se diferenţia în neuroni diges-tivireprezintăosursăpotenţialăde„piese de schimb” pentru intestine a cărorreţeanervoasăesteafectată. Înainte de a verifica fezabili-tateauneiastfeldegrefe,cercetătoriiaustralieni şi japonezi au operatrozătoaretinere. Şiauconstatatcăcelulelestem

grefate se plasează într-un locpropiceînintestinşidaunaşterelatoatetipuriledeneuronidigestivi. Mai mult, s-au stabilit con-exiunile între neuroni şi muşchiipereteluiintestinal. „Rămânedeprobatdacăgrefapermite restabilirea unei bune contractibilităţi a intestinului şiaceasta va deschide calea testelor clinice pentru tratarea bolilor leg-atedeabsenţasaudegenerescenţaunei părţi din aceşti neuroni”,anticipează Heather Young, co-autor al studiului de la University of Melbourne. „Am putea săprelevămcelulestemdintr-opartesănătoasă a intestinului şi să legrefămînpartealezată.”

(S.R.)

a începutul lunii aprilie, JoVE (Journal of Visualized Experiments) a publicat un reportaj video în care dr. Aydogan Ozcan a demonstrat cum poate capta camera unui telefon mobil imagini de la un microscop fluorescent şi citometru de flux. Sistemul va face posibilă, pentru zonele cu resurse economice limitate, rularea unor teste, precum verificarea contaminării apei şi monitorizarea pacienţilor HIV pozitivi. În videoclip, inginerii şi bioinginerii de la Universitatea din California, Los Angeles, prezintă construcţia dispozi-tivului şi modul în care acesta poate fi modificat pentru a se potrivi la orice telefon mobil cu cameră. Echipa prevede că dis-pozitivul va fi util medicilor şi cercetătorilor din ţările cu resurse limitate şi pentru teste efectuate ambulatoriu. „Este mare nevoie de ast-fel de dispozitive miniatu-rizate. Ţările cu resurse sărace cer dispozitive compacte, cost eficiente şi de greutate mică, pentru a înlocui echipamentele voluminoase comune labora-toarelor şi spitalelor noastre”, explică dr. Ozcan. „Noile noastre dispozi-tive aduc diagnosticul, testele şi capacităţile de microanaliză ale aparatelor mari pe tele-

fonul mobil.” Citometria în flux este o modalitate de a număra şi caracteriza celulele într-un eşantion de lichid, care a fost dezvoltată pentru prima dată de Wallace H. Coulter, în 1953. De atunci, citometria în flux a devenit omniprezentă în cer-cetarea ştiinţifică, în special în domeniile biologiei molecu-lare, patologiei şi imunologiei, Dispozitivul dr. Ozcan aduce microscopia fluorescentă şi citometria în flux, două instrumente utilizate pe scară largă în domeniul biomedical, la telefonul mobil, astăzi, un accesoriu comun. Vasta reţea de abonaţi la telefoane mobile din întreaga lume, putând depăşi, con-form estimării Organizaţiei Naţiunilor Unite, 6 miliarde de abonaţi, oferă o infra- structură masivă utilizabilă pentru a efectua teste bio-logice complexe. Construcţia dispozitivului dr. Ozcan costă mai puţin de 50 $ plus costul telefonului mobil, în timp ce un citometru fluorescent de flux, tradiţional, de dimensiuni standard, poate costa mai mult de 150.000 $ şi necesită un spaţiu generos în laborator pentru a putea să funcţioneze.

(continuare în pag.22)

ACCENT

Ana BARBU

Cameră de telefon transformată în microscop fluorescent

ApRilie2013

l

3

Editor

MEDRO

Închiderea ediției: 30 aprilie 2013

e

ApRilie2013

Colegiul Științific:

prof.Dr.RaduNeGOeSCU institutuldeSănătatepublicăDr.ing.ioanVOiCU institutulpentruTehnologiiAvansate,Bucureștiprof.Dr.FlorianpURGHel SpitalulclinicdeUrgență”Bagdasar Arseni”Dr.ing.GheorgheSAJiN institutuldeCercetare-DezvoltarepentruMicrotehnologie,București

Dr.CorneliuMOlDOVANConf.Univ.Dr.ManoleCOJOCARU(CSi,eurClinChem)Dr.liliaMORARi

Recenziile articolelor științificeau fost făcute de:prof.Dr.ing.ConstantinBUCȘANConf.Dr.ing.SorinKOSTRAKieViCi

Corespondenți în străinătate:Frankfurt-Dr.MariaȚiȚeiCA

Responsabilitatea asupra textului, reclamelor și conținutului articolelor revine în întregime autorilor. Reproducerea totală sau parțială a articolelor publicate în această revistă este posibilă numai cu acordul scris al editorilor.

Director fondator: Mihai CHEȚAN

Redactor șef: Iuliana BUNEA

Colectivul de redacție:Andrei CHEȚAN,Iulia PÂNDARU

Redacția și administrația:Str. Rucăr, nr. 32, Sector 1, BucureștiTel. (021) 666.24.82, (021) 666.25.22

ISSN 1583 - 3631

este marcăînregistrată

ZOOM

bundente şi diversificate: astfel califică James Tiedjie, de la University of Michigan, genele re-zistente la antibiotice pe care le-a identificat în gunoiul provenit de la creşterea intensivă a porcilor în China. Trebuie specificat că ţara este primul producător şi consu- mator de antibiotice din lume… Şi că jumătate din această producţie este administrată ani-malelor din ferme, pentru a trata bolile sau ca factor de creştere. Ceea ce favorizează selecţia bacte-riilor rezistente, care se regăseşte în îngrăşămintele naturale pentru fertilizarea solurilor. Pentru a determina dimensi- unea acestei diseminări în mediu, James Tiedje a realizat un inventar exhaustiv. Rezultatul: 149 de gene implicate în rezistența la antibio-tice au fost repertoriate în gunoiul de fermă și în solurile îngrăşate cu acesta.

De aproximativ trei ori mai mult decât în gunoiul provenit de la porcii crescuţi fără antibiotice. Aceste gene sunt în medie de 200 de ori mai abundente în gunoiul crescătoriilor intensive. „Diversele gene ale rezistenţei detectate conferă potenţial o rezistenţă la toate principalele clase de antibiotice, inclusiv la cele de importanţă critică pentru medicina umană”, conchide autorul studi-ului, care este îngrijorat de trans-ferul acestei rezistenţe a bacteriilor patogene pentru om.

(C.S.)

Creşterea intensivă a porcilor dopează bacteriile rezistente la antibiotice

Pneumococul și-a dezvăluit arma secretă în lupta cu vaccinul

Propriul sistem de apărare face vezica sensibilă la infecții

xplicaţia eşecurilor vaccinării îm- potriva Streptococcus pneu-moniae, agentul patogen al pneu-moniilor la om, se află în arma genetică secretă a bacteriei. Anu- mite bacterii îşi schimbă genele cu alte tulpini printr-un mecanism numit de „transformare”… care, la pneumococ, este facilitat de o enzimă: metilaza DpnA. Echipa de cercetători condusă de Jean-Pierre Claverys (CNRS/

Université de Toulouse), a arătat că, spre deosebire de alte bacterii, Streptococcus nu distruge ADN-ul care îl conţine graţie acţiunii DpnA. El se revelă campion al câştigării de noi secvenţe de ADN şi îşi întăreşte diversitatea genetică.

(A.V.)

orinţa frecventă de urinare, senzaţia de arsură… Calvarul infecţiilor uri- nare afectează 5% dintre femei, care, pentru unele, înregistrează numeroase recidive. De ce o astfel de vulnerabilitate a vezicii? O echipă de cercetători de la Duke University a arătat, la şoarece, că organul este victima unei carenţe a sistemului ei de apărare: producţia de anticorpi specifici contra bacteriilor responsabile de cistite este inhibată. Această carenţă este totuşi critică, întrucât reacţiile imunitare foarte puternice şi sistematice contra deşeurilor naturale prezente în urină deteriorează vezica.

(A.V.)4

A

d

Un cercetător în domeniul biomedical de la Washington University, din St Louis, a desco-perit o modalitate de a folo-si lumina și culoarea pentru a măsura oxigenul conţinut într-o celulă sanguină roşie, în timp real. Tehnologia, dezvoltată de cunoscutul profesor de inginerie biomedicală lihong Wang, ar putea fi utilizată pentru a deter-mina în ce mod este livrat oxi-genul în ţesuturile normale şi în cele bolnave, ca şi impactul tera-piei diferitelor boli asupra livrării oxigenului în organism.

Tehnică în timp real pentru monitorizareaindividuală a hematiilor

Studiul a fost publicat în ediţia din 25 martie a PNAS. Celulele roşii din sânge furnizează oxigen celulelor și țesuturilor corpului prin artere, capilare și vene. Până în prezent, standardul de aur pentru măsurarea cantității de oxigen din sânge este un dis-pozitiv – numit „oximetru de puls” – aplicat cu cleme pe indexul celui investigat. Dispozitivul respectiv măsoară însă nivelul oxigenului doar din arterele corpului, astfel încât nu oferă o imagine completă a metabolismului oxigenului.

Noua tehnologie, numită flouoxigrafie fotoacustică, pe care a dezvoltat-o Wang, foloseşte lumina într-un mod nou, care permite cercetătorilor să observe celulele roşii din sângele care curge prin capilarele fine, cele mai mici vase de sânge ale organis-mului, aproximativ de lățimea unei celule sanguine roşii.

„Ţintind cu două pulsuri laser de culori diferite o celulă sanguină roşie, la interval de 20 microsecunde – aproape simultan – am lovit celula roşie sanguină aproape în același loc, astfel încât am obținut înapoi semnale de la ambele culori”, a descris Wang. „Procedeul ne permite să observăm din afară culoarea din celula roşie sanguină, la un moment dat. Monitorizând schimbarea culorii, putem determina cât de mult oxigen este livrat de fiecare celulă roşie sanguină pe unitatea de timp sau de distanță. De aici, putem determina livrarea medie de oxigen pe uni-tatea de lungime a segmentului capilar.”

Wang şi colegii săi au fost capabili să urmărească celule-le roşii sanguine alegând în ce direcție să se deplaseze când au întâlnit o bifurcare a capilarei. Celulele se deplasează buchete către locul din organism în care este cea mai mare nevoie de oxigen în acel moment, pre-cizeazî cercetătorul. Și, deși celulele sanguine se deplasează foarte repede, viteza dispozitivului – de 200 Hertz, sau 20 de cadre 3D pe secundă - permite cercetătorilor să observe celulele în timp real. Comparativ cu aceasta, la ci- nematograf, filmul rulează cu o viteză de 30 Hertz, suficient de repede pentru ca ochiul să nu poată vedea cadrele individuale.

„Flouoxigrafia fotoacustică este considerată o reuşită a ingineriei, care va permite oximetria la nivel fundamental: un singur strat de celule”, a specificat Lihong Wang. Profesorul Wang susţine că noua tehnică are aplicaţii în studii biologice ulterioare, precum și în cadrul clinic.

„Există multe întrebări biome- dicale la care această tehnologie ar putea răspunde: cum schimbă

cancerul sau diabetul metabolis-mul oxigenului? Cum afectează terapia cancerului sau chimiote-rapia nivelul oxigenului?”, adaugă cercetătorul. „Am dori să aflăm dacă noua tehnică ar putea fi folosită pentru a monitoriza sau a prezice eficacita- tea terapeutică. Următorul pas este de a pune noua tehnică în mâinile cercetătorilor”, adaugă Wang. În acest scop, împreună cu colegii săi, doreşte să licențieze tehnica printr-o companie care să o pună la dispoziția biologilor şi medicilor, care îi vor găsi aplicații.

(Sursa: Washington University)

TEHNICI LASER

Alina VÂlCeA

ApRilie2013 5

ApRilie2013

Nam ut massa turpis, ac blandit justo. Nulla ultri-ces, odio com-modo faucibus commodo, mi nisi tempor”

FIZIOTERAPIE

CrisTale Care îşi sChimbă Culoarea, folosiTePenTru CarTografierea livrării energiei ulTrasuneTelor

Ultrasunetele – undele de sunet de înaltă frecvenţă – sunt folosite în fizioterapie pentru a accelera vindec-area leziunilor ţesutului. În mod ideal, undele sonore ar trebui să fie aplicate în mod uniform pe locul de tratament, dar este bine cunoscut că aceasta nu se întâmplă în practică. Faptul poate afecta calitatea tratamentului şi poate chiar dăuna. NPL (National Physical Laboratory) a dezvoltat o modalitate de a cartografia rapid intensitatea şi distribuţia ultrasunetelor, care permite capului de trata-ment al aparatului de fizioterapie să administreze mai eficient tratamentul. Aparatul îi va alerta pe fizioterapeuţi atunci când ajung într-o zonă unde intensitatea ultrasunetelor este prea ridicată, indicându-le să deplaseze capul de trata- ment pentru a uniformiza intensitatea ultrasunetelor aplicate sau pentru a înlătura local sonda în cazul în care tratamentul ar putea provoca mai mult rău decât bine. Dispozitivul permite, de asemenea, testarea rapidă a efectului modificărilor designului asupra distribuţiei intensităţii ultrasunetelor. În timpul tratamentului, capul piezoelectric de tratament transformă energia electrică în energie me- canică, creând vibraţiile necesare pentru a produce unde ultrasonore. Acestea sunt transmise în ţesutul-ţintă, cu ajutorul unui strat subţire de gel de cuplare. Capetele de tratament vibrează într-un model complex, în parte datorită faptului că sunt dispozitive extrem de rezonante. Se produc astfel variaţii de presiune acustică şi intensitate acustică pe zona tratată, rezultând „puncte fierbinţi”, care pot provoca încălzirea excesivă şi chiar deteriorarea ţesutului. Fără a efectua procesul complex şi consumator de timp de cartografiere a câmpului acustic, este foarte dificil de spus exact unde se disipă energia acustică. Cercetătorii NPL au găsit o soluţie la această problemă prin dezvoltarea unui instrument simplu care ajută la vizualizarea distribuţiei şi intensităţii energiei acustice.

Metoda funcţionează prin utilizarea unor cristale termocromatice – care îşi pierd culoarea originară – când sunt încălzite peste o temperatură de declanşare specifică. Efectul este reversibil, cristalele recăpătându-şi culoarea iniţială la răcire. Instrumentul se compune din două straturi. Stratul inferior este format din cristale termocromatice încor-porate într-o matrice de cauciuc poliuretanic, care absoarbe sunetul. Stratul superior este incolor şi este folosit pentru a capta căldura în cadrul unei plăcuţe ceramice. Plăcuțele ceramice confirmă dacă dispozitivul funcționează. Plăcuţa captează rapid şi uniform căldura produsă de energia acustică, iar cristalele devin albe atunci când ajung la temperatura de declanşare. Aceasta produce apoi un model pe plăcuţă, care reprezintă distribuţia temperaturii generate de capul de tratament, care, la rândul ei, reflectă distribuţia spaţială a intensităţii acustice. Modelul poate fi în mod clar vizibil după numai 10 secunde de expunere la ultrasunete. Bajram Zeqiri, cercetătorul NPL care a condus proi-ectul, descrie modul în care poate fi testat un cap de tratament cu ultrasunete cu plăcuţa ceramică: „În practica clinică noul dispozitiv cu plăcuţe urmează a fi folosit în acelaşi fel ca şi când s-ar trata un pacient: prin aplicarea gelului de cuplare la capul de tratament, cuplarea plăcuţei de ceramică, comutarea de obicei timp de 10 secunde, apoi îndepărtarea ei şi obser-varea imaginii rezultate.” Aceasta înseamnă că plăcuţele ceramice pot fi folosite pentru a verifica rapid riscul de daune datorat capului de tratament, modele de fascicule asimetrice sau „punctele fierbinţi”, şi mai simplu, pentru a confirma dacă dispozitivele funcţionează corect în fiecare caz. Capacitatea de a obţine informaţii relativ com-plexe de la un dispozitiv simplu şi eficient, într-un interval atât de scurt de timp, promite să ajute la îmbunătăţirea calităţii tratamentelor fizioterapice cu ultrasunete.

(Sursa: National Physical Laboratory)

Cristina soresCu

6

Cercetătorii de la Columbia Engineering au dezvoltat o nouă metodă de a asambla micromedii complexe de celule, de tip „plug-and-play”, o modalitate scalabilă, extrem de precisă pentru a creşte ţesuturi cu orice organizare spaţială sau de interes, precum cele aflate în inimă, în schelet sau în vasculatură. Studiul relevă noi moduri de a imita mai bine complexitatea enor- mă a dezvoltării ţesutului, regene- rarea şi boala, şi este publicat în ediţia online din 4 martie a perio- dicului Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). „George Eng, un doctorand din laboratorul meu, a conceput o teh- nică de tip <broască-şi-cheie>, pen-tru a construi ansambluri celulare folosind o varietate de forme, care se înscriu în şabloane similar modului în care se folosesc blocurile LEGO”, a spus gordana vunjak-novakovic, profesor de inginerie biomedicală şi de ştiinţe medicale la Columbia Engineering, care a condus studiul. „Important, în legătură cu noua tehnică, este faptul că aceste forme sunt mici – doar de o fracţiune de milimetru, grosimea unui fir de păr uman – şi asamblările lor precise sunt realizate folosind hidrogeluri compatibile cu celulele.” Celulele ţesutului din corpul uman formează anumite arhitecturi specifice, care sunt critice pentru funcţia fiecărui ţesut. Celulele cardiace, de exem-plu, sunt aliniate pentru a crea forţa maximă care acţionează într-o singură direcţie. Celulele fără organizare spaţi- ală specifică nu pot deveni pe deplin funcţionale dacă nu repetă organizarea lor intrinsecă găsită în organism.

Utilizând tehnica pusă la punct de cercetătorii de la Columbia Engineering ei au putut să constru- iască modele unice şi controlate de celule care permit studii pre-cise ale funcţiei celulei, astfel încât: „ne putem pune acum unele dintre cele mai complexe întrebări despre modul în care celulele răspund la întregul context al mediului lor”, adaugă Vunjak-Novakovic. „Aceasta ne va ajuta să anali-zăm comportamentul celular în timpul progresiei bolii şi să testăm efectele medicamentelor, celulelor stem şi diverselor măsuri terape- utice.” Eng, care este autorul principal al articolului publicat în PNAS, a folosit tehnologii de producere a unui cip pentru a obţine subunităţi de dimensiuni micrometrice, care conţin celule vii şi molecule bioac- tive, în blocuri cu geometrii specifi- ce, precum cilindri sau cuburi. Fiecare formă este pregătită să aibă propriile sale proprietăţi biolo- gice unice şi este apoi plasată într-un ansamblu în care se potriveşte bine din punct de vedere geometric pe şablonul de hidrogel. Tehnica de asamblare este simplă: un amestec de diferite tipuri de forme este picurat pe un şablon cu un aranjament specific al loca- şelor potrivite şi plasat pe un agita- tor de laborator timp de câteva minute. Fiecare formă se poate aşeza numai în locaşul său specific – blo-curile dreptunghiulare se așează numai în locașe de exact aceeași formă dreptunghiulară, blocurile ci- lindrice în locaşe cilindrice, şi aşa mai departe, într-o manieră de tip „broască-şi-cheie”.

ProieCTarea de bloCuri inTerConeCTaTe PenTru a Crea ţesuTuri ComPlexe

După zece cicluri scurte de agitare, şablonul se umple cu forme pentru a forma un model precis definit. Această tehnică de asamblare permite, astfel, formarea rapidă a unui număr mare de subunităţi pentru a crea noi ţesuturi. „Am folosit un sistem de asam-blare LEGO tip <broască-şi-cheie> pentru a localiza spaţial populaţii diferite de celule cu specificitate înaltă şi precizie”, explică Eng. „Şi, din moment ce fiecare formă este aşezată independent de restul, ţesuturile mari pot fi orga- nizate simultan, în loc de a le crea secvenţial, potrivit tipului de orga-nizare <cărămidă-cu-cărămidă>.

REGENERARE TISULARĂ

ioana olTeanu

Cu această metodă, putem proiecta şi crea ţesuturi mai bune pentru înlocuirea potenţială de organe.” „Frumuseţea metodei constă în faptul că structurează configuraţii complexe de material celular viu – multe tipuri diferite de celule, molecule şi materiale extracelu-lare – emergente, în laborator, în geometrii tridimensionale precise, într-o mod care poate fi folosit de oricine, întrucât nu este implicat un echipament special”, adaugă Vun-jak-Novakovik. Eng este încrezător în aso-cierea microtehnologiilor utilizate la cip-uri cu tehnici de inginerie biomedicală la asamblarea celule-lor pentru a fabrica organe noi.

Continuare în pagina următoare

7ApRilie2013

Continuaredinpaginaanterioară „Vom dezvolta idei şi metode noi pentru a încerca să atenuăm boala, prin asamblarea sub- unităţilor mici de celule în structuri mai mari, de organe funcţionale”, detaliază cercetătorul. „A fi la frontiera descoperirii ştiinţifice, dezvoltând noi metode şi produse care sperăm să aducă un beneficiu terapeutic pentru oameni, este destul de incitant şi motivant. Şi există un astfel de element interesant al descoperirii în proiectarea de noi micromedii celulare, studiind normele care definesc comunicarea celulelor şi organizarea lor.” Următorii paşi în aplicarea acestei noi teh- nici includ fabricarea diferitelor tipuri de ţesuturi funcţionale, cum ar fi buna organizare a muş- chiului cardiac, un ţesut a cărui funcţie depinde critic de arhitectura şi alinierea celulelor, care încorporează reţele de vase de sânge, împreună cu celulele cardiace organizate. Metoda va fi, de asemenea, extinsă la pro- iectarea de micromedii patologice de interes, cum ar fi modelele tumorale. „Laboratorul nostru a lucrat timp de mulţi ani la construirea unor sisteme <un-om-pe-un-cip>, care ne vor permite să vedem răspunsurile celulare reprezentative ale fiziologiei întregului corp”, explică Vunjak-Novakovic. „Suntem, de asemenea, foarte interesaţi în dezvoltarea de tehnologii care pot avansa experimentarea biologică şi ne permit să punem întrebări mai complexe. Acest studiu, care a fost realizat în ultimii patru ani, contribuie la ambele zone, ajutându-ne să ne perfecţionăm metodele de screening pentru celule şi factori terapeutici.” Activitatea de cercetare în laboratorul lui Vunjak-Novakovic a fost realizată în colaborare cu laboratorul de inginerie biomedicală al profe- sorului asociat Sam Sia, specializat în microteh- nologie, precum şi cu facilităţile de camera albă, de la Columbia Engineering pentru fabricarea microcip-ului. Această cercetare este susţinută de National Institute of Health, Helmsley Founda- tion şi programele de masterat şi doctorat de la Columbia Engineering.

(Sursa: Columbia Engineering)

ProieCTarea de bloCuri inTerConeCTaTe PenTru a Crea ţesuTuri ComPlexe

REGENERARE TISULARĂ

nou TiP de ţesuTuri PrinTaTe 3d

Un grup de cercetători de la Oxford University au demonstrat că o imprimantă 3D programabilă, construită personalizat, poate crea materiale cu mai multe din proprietăţile ţesuturilor vii. Noul tip de mate-rial este format din mii de picături de apă conectate, încapsulate în pelicule de lipide, care pot îndeplini unele dintre funcţiile celule-lor din interiorul corpurilor noastre. Aceste „reţele de picături” imprimate ar putea fi cărămizile unei noi tehnologii, pentru livrarea de medicamente la locurile unde acestea sunt necesare şi au potenţialul de înlocuire sau interfaţare cu ţesuturile umane deteriorate. Deoarece reţelele de picături sunt în întregime sintetice, nu au genom şi nu se reproduc, prin utiliza-rea lor se evită unele din-tre problemele asociate cu alte abordări pentru crearea ţesuturilor artificiale – cum ar fi cele care folosesc celule stem. Echipa raportează constatările din cadrul cer- cetărilor în ediţia revistei Science apărută la începutul lunii aprilie. „Nu încercăm să creăm materiale care să semene fi- del cu ţesuturile, ci, mai de- grabă, creăm structuri care să poată îndeplini funcţiile ţesuturilor”, a precizat pro-fesorul Hagan Bayley, de la departamentul de chimie al Oxford University, care a condus cercetarea. „Am demonstrat că este posibil să se creeze reţele de zeci de mii de picături conec- tate. Picăturile pot fi impri-mate cu pori de proteine pentru a forma căi prin reţeaua care imită nervii şi sunt capabile să transmită semnale electrice de la o parte a reţelei la alta. Fiecare picătură este un compartiment apos cu diametrul de aproximativ 50 de microni.” Deşi acesta este aproximativ de cinci ori

mai mare decât celulele vii, cercetătorii cred că nu există nici un motiv pentru care nu ar putea fi mai mic. Reţelele rămân stabile timp de săptămâni. „Impri-mantele 3D convenţionale nu oferă posibilitatea de a crea aceste reţele de picături, aşa încât am construit una personalizată în laboratorul nostru de la Oxford, pen-tru a putea obţine astfel de reţele”, a relatat profesorul Bayley. „În momentul de faţă am creat reţele de până la 35.000 de picături, dar dimensiunea reţelei pe care o putem face este de fapt limitată doar de timp şi de bani. Pentru experimentele noastre am folosit două tipu-ri diferite de picături, dar nu există nici un motiv pentru care nu am putea folosi 50 sau mai multe tipuri diferite.” Imprimanta unică 3D folosită în această cercetare a fost construită de Gabriel Villar, un student din gru-pul profesorului Bayley şi autorul principal al articolu-lui publicat. Reţelele de picături pot fi proiectate pentru a se plia în forme diferite, după impri-mare – astfel, de exemplu, o formă plată, care seamănă cu petalele unei flori este „programată” pentru a se plia într-o minge goală – care nu pot fi obţinute prin imprimare directă. Plierea, care seamănă cu mişcările musculare, este alimentată de diferenţele de osmolaritate, care gene-rează transferul de apă între picături. Gabriel Villar de la de- partamentul de chimie al Oxford University, a preci-zat: „Am creat o modalitate scalabilă de a produce un nou tip de material moale. În principiu, structurile imprimate ar putea angaja o mare parte din maşinile biologice care permit com-portamentul sofisticat al celulelor şi ţesuturilor vii.”

(Sursa: Oxford University)

Sorina Radu

8 ApRilie2013

Parkinson: operaţia precoce şi-a probat eficienţa

Dispozitivele electronice implant-abile oferă un potențial mod rapid și precis pentru medici de a monitoriza pacienţii cu afecţiuni medicale spe-ciale. Totuşi, la astfel de dispozi-tive, alimentarea rămâne o provocare fundamentală: bateriile sunt volumi-noase și necesită reîncărcare şi, în cele din urmă, înlocuire. Jia Hao Cheong, de la A*STAR Institute for Microelectronics, Singapore, precum și colaboratorii săi au în curs de dezvoltare o abor-dare alternativă care elimină necesi-tatea bateriei. Dispozitivele lor miniaturale se bazează pe tehnologia transferului de putere fără fir. Echipa de cercetare a dezvoltat un senzor electronic la microscară pentru a monitoriza fluxul sanguin prin vasele de sânge artificiale. Chirurgii folosesc aceste grefe protetice pentru a ocoli vasele de sânge bolnave sau înfundate, la pacienţii care prezintă alimentare cu sânge restrânsă, de exemplu. Totuşi, de-a lungul timpului, grefa se poate bloca. Pentru a evita eşecul total, fluxul de sânge prin grefă trebuie să fie monitorizat în mod regulat, dar tehn-icile existente sunt lente şi costisi-toare.

Aceste limitări i-au determinat pe cercetători să dezvolte prototipul unui dispozitiv care ar putea fi încor-porat în interiorul unei grefe pentru a monitoriza fluxul de sânge. Implantul este alimentat de la un cititor extern portabil, care utilizează cuplajul inductiv pentru transferar-ea fără fir a energiei, o tehnologie similară cu cea utilizată la ultimele încărcătoare fără fir ale telefoanelor mobile. Echipa a dezvoltat un circuit in- tegrat cu aplicaţie specifică pentru implant, conceput pentru a fi utilizat cu consum redus de putere (a se vedea imaginea). Circuitele de putere care intră în dispozitiv sunt controlate de senzori bazaţi pe nanofire de siliciu. Acest material este piezorezistiv: pe parcurs ce sângele curge peste senzor, tensiunile mecanice asoci-ate induc o creștere măsurabilă a rezistenței electrice, proporțională cu presiunea fluxului. Cheia pentru succesul dispoziti-vului este capacitatea sa de a lucra cu o sursă de alimentare foarte limitată. Cea mai mare parte a energiei intrate este absorbită de piele și țesut, înainte de a putea ajunge la implant, care poate fi introdus până la 50 de milimetri adâncime.

monitor de grefă vasculară alimentat extern

„Sistemul nostru de senzor de debit realizează un consum ultra-redus de energie – de 12,6 microwați”, precizează Cheong. De exemplu, senzorul transmite datele sale către un cititor porta-bil pasiv, prin reflexia unei părţi din energia la intrare. „Am testat sistemul nostru cu o grosime de 50 mm a ţesutului între bobina externă și bobina implantabilă, și am extras cu succes datele referi-toare la presiune de la dispozitivul implantabil”, a adăugat cercetătorul. Testele efectuate de Cheong și coechipierii lui au arătat că prototipul senzorului a fost extrem de sensibil la presiune, oferind citiri ale nivelului de presiune, cu o rezoluție de 1172 pascali. „Următorul pas al proiectului este integrarea şi încorporarea sistemului în interiorul unei grefe la un animal de test”, a precizat Hao Cheong.

(Sursa: A*STAR Institute for Microelectronics, Singapore)

ELECTRONICE IMPLANTABILE

Sorina Radu

O intervenţie delicată pecreier, până în prezent rezer-vată cazurilor de Parkinsonfoarte avansate, ar putea fiprofitabilă şi pacienţilor tin-eri, într-un stadiu precoce almaladiei. În acest caz, ideeauneiechipefranco-germanedeneurochirurgis-anăscutdintr-un studiu pe 250 de pacienţicu vârste în jurul a patruzecide ani, având încă o viaţăactivă şi suferind de o pier-dereaeficacităţiimedicamen-telor, încercând să limitezetremurăturileşitulburăriledemotricitate,principalelesimp-

tomealemaladiei. Electrostimularea, careconstă în implantarea unorelectrozi cerebrali în zonadeteriorată de maladie, esteun tratament pus la punct înanii ’90 şi larg validat ulte-rior. Dar această intervenţierămâne riscantă. De unde şiutilizareaeirestrânsălamaxi-mum 500 de pacienţi pe an,din circa 150.000 bolnavi câtsuntînFranţa. În studiul franco-german,calitatea vieţii pacienţiloroperaţi a fost ameliorată cu26%,comparativcualţii.Dar,

potrivit cercetătorilor careau iniţiat studiul, chiar dacăimplantarea electrozilor esteprofitabilăpotenţialmaimul-tor pacienţi, nu se pune încăproblemageneralizăriiei.

(A.V.)

9ApRilie2013

O.R.L.

Aproximativ 17 milioane de persoane din Germania prezintă deficienţe de auz. Auzul multora dintre ele este atât de deteriorat încât un aparat auditiv standard nu mai este suficient. Un nou dispozitiv va îmbunătăţi auzul pacienţilor şi poate fi implantat printr-o intervenţie chirurgicală efectuată în ambulatoriu. „Poftim? Nu am auzit... Poţi vorbi mai tare, te rog?” Oamenii care au dificultăţi de auz se pot retrage rapid în izolare socială. Mai rău, ei se pot afla chiar în situaţii periculoase, de exemplu, atunci când conduc maşina sau la traversarea drumului. Protezele auditive sunt o necesitate pentru aproape una din două persoane cu vârsta peste 65 de ani în Europa, al căror auz este diminuat. În cazul pacienţilor cu deficienţe severe de auz, apa-ratele auditive convenţionale plasate în spatele urechii ajung la limita inutilităţii. Auzul acestor pacienţi poate fi ajutat doar de un implant, care amplifică sunetele mult mai eficient decât sistemele convenţionale şi asigură o calitate mai bună a sunetului. Dar aici este un inconvenient: aceste implanturi ale urechii mijlocii necesită intervenţii complexe, care durează câteva ore. Riscul ridicat şi costul operaţiei face ca aceasta să fie rareori efectuată. Dar cercetătorii ar putea prezenta în curând pacienţilor perspective mai pline de speranţă, datorită creării unui aparat auditiv inovator, care este mult mai uşor de implantat, ceea ce îl face accesibil pentru un număr mare de per-soane cu deficienţe de auz. Noua soluţie este compusă din trei părţi: o capsulă cu un microfon şi baterie, semnal wireless, optic şi transmisie de ener-gie între urechea externă şi cea mij-locie şi un traductor e l e c t r o - a c u s t i c – piesa centrală şi difuzorul implantu-lui. Cercetătorii de la Fraunhofer Institute for Manufacturing Enginering and Automation IPA, din Stuttgart, au în curs de dezvoltare un traductor electro-acustic, care va fi de formă rotundă şi măsoară aproxima-tiv 1,2 milimetri. Partenerii IPA în cadrul proiectului, care este spon-sorizat de Ministerul Federal al Educaţiei şi Cercetării, sunt Departamentul de otorinolaringologie şi chirurgia capului şi gâtului, de la Universitatea din Tübingen, şi Institutul de ştiinţe naturale şi medicale (INM), de la aceeaşi Universitate, şi Hörsysteme GmbH, specializată în ajutor auricular. „Scopul nostru este de a asocia o bună calitate a

sunetului aparatelor auditive implantabile cu o intervenţie chirurgicală mult simplificată”, precizează Dominik Kaltenbacher, inginer la IPA. „Pentru a implanta sistemul nostru, chirurgii trebuie să facă o mică incizie la partea laterală a timpanului şi apoi să îl îndoaie înainte. Această intervenţie poate fi făcută în ambulatoriu.” Micro-actuatorul este plasat între urechea medie şi cea internă. Traductorul electro-acustic, care se prezintă sub forma unui micro-actuator piezoelectric, este apoi plasat direct la conexiunea dintre urechea medie şi cea internă cunoscută ca „fereastra rotundă”. De acolo se transmit semnale acustice la urechea internă, sub formă de vibraţii mecanice amplificate, sporind astfel capaci-tatea auditivă a pacientului. „Traductorul electro-acustic funcţionează pe acelaşi principiu ca şi actuatorii care se îndoaie”, explică Kaltenbacher.actuatorii care se îndoaie”, explică Kaltenbacher. „Elementele de îndoire, care sunt aranjate în formă de structură radială, constau dintr-un compozit multi-strat realizat din piezo-ceramice şi siliciu. Dacă este aplicată tensiunea, elementele se îndoaie în sus şi generează vibraţii mecanice. Acestea se extind la membrana ferestrei rotunde şi urechea internă, stim-ulând nervul auditiv.” Efectul: Deşi implantul „fereastra rotundă” nu este mai mare decât un vârf de ac, el poate emite volume de până la 120 de decibeli – aproximativ zgomotul făcut de un ciocan pneumatic. „Această înaltă performanţă este necesară pentru a

obţine o foarte bună înţelegere a vorbirii, în special, pentru sunetele ascuţite, pe care persoanele cu deficienţe grave de auz le găsesc deosebit de dificil de perceput”, specifică cercetătorul IPA. Experţii testea-ză acum un prim prototip funcţional în laborator. Până în prezent, rezultatele au fost pozitive. „Au fost dez-voltate toate com-ponentele individ-uale ale sistemului auditiv. Următorul pas este de a-l opti-

miza şi de a-l asambla”, spune Kaltenbacher. Implantul trebuie să corespundă unor cerinţe ridi-cate: materialul trebuie să fie închis, astfel încât corpul să-l tolereze şi trebuie să rămână stabil pe perioade lungi de timp – implanturile auditive ar trebui să dureze cel puţin zece ani. Optimizarea componentelor individuale ar trebui să fie gata până în luna iunie a acestui an; tes-tarea întregului sistem este planificată pentru anul 2014.

(Sursa: Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation IPA, Stuttgart)

un TraduCTor miC PenTru a faCe imPlanTurile ureChii medii disPonibile PenTru mai mulTe Persoane

Cristina soresCu

10 ApRilie2013

Continuare în pagina următoare

electronice dizolvabile demonstrează eficienţă în combaterea bacteriilor

Cercetătorii au descris recent progresele cheie spre utilizări prac-tice ale unui nou gen de dispozitive electronice mici, biocompatibile, care ar putea fi implantate în corp pentru a calma durerea sau a lupta cu infecţia, o anumită perioadă de timp, după care se dizolvă inofen-siv. Aceste „electronice tranzitorii”, descrise la cea de-a 245-a ediţie a National Meeting & Exposition, organizată de American Chemical Society (ACS), cea mai mare socie-tatea lumii ştiinţifice, ar putea avea şi alte utilizări, inclusiv ca produse electronice de consum, cu o durată de viaţă prestabilită. Reuniunea a prilejuit aproxi-mativ 12.000 de rapoarte cu privire la noile progrese ştiinţifice şi alte prezentări. Dr. med. John Rogers, care a condus studiul, a explicat că acesta provine dintr-o perspectivă asupra electronicelor fundamental diferită de mentalitatea care a dominat începând cu epoca cip-urilor elec-tronice, circuitelor integrate şi microprocesoarelor, care au fost lansate cu aproape 50 de ani în urmă. „Scopul industriei electronice a fost până acum de a construi dispozitive durabile, care durează pentru totdeauna, cu performanţă stabilă”, a explicat Rogers. „Dar multe oportunităţi noi se deschid odată ce începi să te gândeşti despre electronice care ar putea să dispară într-un mod con-trolat şi programabil.” Aceste oportunităţi, a adăugat el, includ telefoane mobile şi alte dispozitive mobile care se opresc din funcţionare potrivit unui cal-endar corespunzător trecerii la un nou model. În loc de a adăuga la 50 de mil-ioane de $ aşa-numitele e-deşeuri generate în fiecare an, dispozitivele s-ar disipa pur şi simplu.

Implanturile medicale care sunt necesare doar pen-tru câteva săptămâni ar putea să dispară pur şi simplu, fără a fi necesară o intervenţie chirurgicală suplimentară pentru a le elimina din organism. Şi nimeni nu ar trebui să recu-pereze zeci de dispozitive tranzi-torii de determinare a calităţii apei dintr-un râu a cărui calitate a apei este monitorizată de senzori. Aceştia s-ar dizolva fără urmă şi fără a dăuna mediului. Deşi cercetătorii au dezvol-tat alte aşa-numite dispozitive medicale bioresorbabile care dis-par în timp din organism, echipa lui Rogers de la Universitatea din Illinois, Urbana-Champaign, este prima care produce o tehnologie general aplicabilă, care are mai multe utilizări potenţiale decât alte dispozitive. Cercetătorii au conceput elec-tronice tranzitorii precum senzori de temperatură, celule solare şi videocamere digitale miniaturale. În plus, dispozitivele biore-sorbabile anterioare au fost pro-duse din diferite materiale care se dizolvau doar parţial, lăsând în urmă reziduuri, iar ei nu au obţinut performanţele actualelor dispozi-tive create de echipa condusă de Roger. Electronicele sunt incluse în materiale care se dizolvă complet, după o anumită perioadă de timp, când sunt expuse la apă sau la fluide din organism, ca şi suturile dizolvabile. „Prin modificarea numărului straturilor care acoperă dispozi-tivul, cercetătorii pot defini totul despre modul în care aparatul se va dizolva în organism sau în mediul înconjurător, inclusiv durata sa de viaţă totală”, a specificat Rogers. Dispozitivele funcţionează la fel de bine ca electronicele convenţionale şi se comportă nor-

mal până ce stratul de încapsulare dispare. Odată ce se întâmplă aceasta, sunt necesare aproximativ 30 de minute pentru dizolvarea conexi-unilor electronice, iar aparatul se opreşte din lucru. Versiunile curente ale dispozi-tivelor rămân funcţionale timp de câteva săptămâni. Echipa lui Rogers cercetează de câţiva ani moduri de a produce astfel de dispozitive. În raportul său prezentat la ACS, Rogers a descris progrese cheie în dezvoltarea tehnologiei. Un progres a însemnat că, pentru prima dată, dispozitivele electronice tranzitorii, implantate în şoareci de laborator, au luptat efec-tiv cu infecţiile şi, într-adevăr, s-au dizolvat atunci când a prevăzut echipa lui Rogers. Dispozitivele au produs căldură localizată, ceea ce a împiedicat proliferarea bacteriilor şi a elimi-nat dezvoltarea infecţiilor legate XXX de intervenţia chirurgicală, la şoarece.

DISPOZITIVE BIODEGRADABILE

Cristina soresCu

11ApRilie2013

PREVENIREA INFECȚIILOR

Cristina soresCu

BIORESORBABILE

O echipă de chimişti de la University of Bath a dezvoltat un prototip de pansament medical, care detectează primele semne ale sindromului de șoc toxic letal, pre-cum şi alte infecţii ale rănilor pro-vocate de arsuri, și ar putea salva viețile copiilor cu arsuri grave. Sindromul de şoc toxic (TSS) este o complicație gravă a infecțiilor arsurilor, deosebit de periculoasă la copii sub patru ani, datorită siste-mului lor imunitar imatur. Starea unui copil cu o arsură relativ mică, lăsată netratată, care dezvoltă sindromul de şoc toxic, se poate deteriora rapid în interval de câteva ore. Dacă arsura este lăsată netratată, 50% dintre copiii la care s-a instalat TSS pot muri. Cercetătorii de la University of Bath au conlucrat cu medicii de la South West Paediatric Burns Centre at Frenchay Hospital din Bristol, la crearea unui pansament specializat pentru rana provocată de arsură, care poate detecta agenţii patogeni microbieni, inclusiv bacteriile care cauzează sindromul de şoc toxic. Ei au dezvoltat acum prototipul unui pansament, care, în prezența bolii cauzată de bacterii patogene, eliberează nanocapsule de vopsea fluorescentă. Culorile fluorescente, sub radiaţiile ultraviolete (UV), alertează personalul medical că rana este infectată. Nanocapsulele imită celulele pielii, respectiv se deschid doar când sunt prezente bacteriile toxice, ele nu reacţionează la bacterii inofen-sive care trăiesc, în mod normal, pe pielea sănătoasă. Prototipul de pansament medi-

cal a fost prezentat la 25 martie pe BBC One. Dr. Toby Jenkins, specialist în chimie biofizică, de la University of Bath, este directorul de proiect. El a explicat: „În Anglia și Țara Galilor, sunt spitalizaţi sau trataţi cu arsuri grave, mai ales arsuri cauzate de ceai și cafea, aproximativ 5.000 de copii pe an. Problema mare pentru clinicieni este diagnosticul rapid al infecţiei. Metodele actuale necesită între 24 și 48 de ore pentru a indica dacă rana este infectată. „Comparativ cu ele, pansamen-tul nostru pentru răni provocate de arsuri – printr-o simplă schimbare a culorii în lumină UV, dacă este prezent patogenul cauzator al bolii – oferă un răspuns rapid, ceea ce înseamnă alertarea rapidă a clin-icienilor în legătură cu o posibilă infecție.” Dr. Amber Young, medic special-ist în anestezie pediatrică la South West Paediatric Burns Centre, de la Frenchay Hospital, şi Paediatric Clinical Lead South West UK Burn Care Network, este consultantul clin-ic al proiectului. Ea a declarat: „În momentul în care un copil cu o arsură mică dez-voltă o temperatură ridicată nu avem nici o modalitate uşoară de a ști dacă respectivul copil are o infecție bacteriană gravă, sau o simplă tuse sau răceală. Astfel de situaţii pot fi evitate o dată cu utilizarea noului pansament pentru a testa infecţia – care poate duce la vindecare mai lentă şi la formarea unor cicatrici pentru toată viaţa, şi foarte dur-eroase pentru copil.

Compresă inteligentă care străluceşte în prezenţa bacteriilor

Utilizând acest nou pansament, vom fi capabili să detectăm semnele precoce ale infecţiei, astfel încât să putem diagnostica şi trata copilul mai repede. El ar putea determina o schim-bare reală în viaţa a mii de copii.” Prototipul a fost testat pe probe de piele în laborator și este în curs de optimizare privind stabilitatea și durata de conservare. Cercetătorii se aşteaptă să înceapă testele de siguranță pe voluntari sănătoşi umani, în următorii patru ani.

(Sursa: University of Bath)

Acestor descoperiri li se adaugă încrederea că vor putea fi proiectate dispozitive similare pentru a reduce durerea prin stimularea anumitor nervi sau a facilita creşterea oaselor sau vindecarea rănilor. Cercetătorii au raportat, de ase-menea, progrese în producerea dis-pozitivelor în cadrul unor procese

de fabricaţie convenţionale, în loc să construiască manual circuitele elec-tronice, meticulos, unul câte unul, într-un laborator. „Este un pas către producerea noilor dispozitive cu procese de fabricaţie, care sunt deja utilizate pe scară largă pentru electronicele tradiţionale, precum micropro-cesoarele pe bază de siliciu şi tehnolo-giile memoriilor”, a specificat Rogers. Un alt progres a implicat ma-terialele pentru producerea şi ali-mentarea dispozitivelor fără sursă de energie electrică exterioară. Rog-ers a relevat, de exemplu, faptul că

recentele dispozitive electronice tranzitorii includ oxid de zinc, care este piezoelectric. Ceea ce înseamnă că dispozitivele subţiri, flexibile, conţinând oxid de zinc ar putea pro-duce electricitate când sunt îndoite sau răsucite – probabil prin mişcarea muşchilor corporali, pulsaţia vaselor de sânge sau bătaia inimii.

(Sursa: University of Illinois)

eleCTroniCe dizolvabile demonsTrează efiCienţă

în CombaTereabaCTeriilor

12 ApRilie2013

NEUROȘTIINȚA

ioana olTeanu

Noua metodă, numită CLARITY, dezvoltată de cercetători cu finan-ţare de la National Institutes of Health, deschide creierul intact post-mortem la analize chimice, genet-ice şi optice, care, anterior, puteau fi realizate doar cu ajutorul felierii subţiri a ţesutului cerebral. Prin înlocuirea grăsimii – care, în mod normal, ţine în loc componen-tele funcţionale ale creierului – cu un gel clar, cercetătorii au obţinut ca ţesutul în mod normal opac şi impenetrabil să devină transparent şi permeabil. A fost obţinută astfel imaginea întregului creier al şoarecelui, la rezoluţie înaltă, până la nivel de celule şi molecule. Tehnica a fost folosită cu succes pentru a studia un creier uman. „CLARITY are potenţialul de a dezvălui detalii fine ale creierului unor persoane cu tulburări cerebrale, fără a ignora perspectiva de circuit, la scară mare”, a declarat prof. dr. Francis S. Collins, a cărui cercetare a fost finanţată prin Transformative Research Award Program, oferit de NIH, împreună cu un grant de la National Institute of Mental Health (NIMH). „CLARITY va ajuta la înţelegerea integrativă, la scară mare, a siste-melor biologice întregi”, a expli-cat prof.dr. Karl Deisseroth, de la Stanford University, California. „Metoda oferă acces la proteinele şi molecule subcelulare, păstrând în acelaşi timp continuitatea struc-turilor neuronale intacte, cum ar fi proiecţiile circuitelor cu rază lungă de acţiune, circuitul electric local şi relaţiile spaţiale celulare.” Deisseroth, dr. med. Kwanghun Chung şi alţi colegi de la Stanford University au raportat la începutul lunii aprilie constatările lor în revista „Nature”.

„Această reuşită a ingineriei chi-mice promite să transforme modul în care se studiază anatomia creierului şi modul în care o schimbă boala”, a declarat dr. med. Thomas R. Insel, directorul NIMH. „Studiul aprofundat al celui mai important organ tridi-mensional nu va mai fi constrâns de metoda bi-dimensională.” Până în prezent, cercetătorii care doreau să înţeleagă structura fină şi conexiunile creierului s-au confrun-tat cu compromisuri. Pentru a avea acces la structu-rile de profunzime ale creierului şi a atinge o rezoluţie suficient de înaltă pentru a putea studia celule, mol-ecule şi gene, ei au trebuit să taie ţesutul cerebral în secţiuni extrem de subţiri (fiecare cu grosimea de o fracţiune de milimetru), deformân-du-l. Pierderea integrităţii creierului făcea, de asemenea, dificilă referi-rea constatărilor de la micro-nivel la nivelul macro, al informaţiilor despre circuitele electrice, care erau tăiate felii. În abordarea acestei provocări, cercetătorii au văzut o oportunitate în faptul că grăsimile sau lipidele, care sprijină fizic activităţile compo-nentelor creierului, cum ar fi neuronii şi conexiunile lor, blochează sondele chimice şi trecerea luminii. Aşa încât, înlocuind lipidele cu ceva transparent şi permeabil – care ar reţine restul componentelor cere-brale în loc – ar putea deveni posibilă efectuarea, într-un creier intact, a aceloraşi teste care anterior puteau fi efectuate doar pe felii de ţesut cerebral. Echipa lui Deisseroth a infuzat în creier un cocktail high-tech, incluzând un material asemănător plasticului şi formaldehidă. Când a fost încălzit, a format un gel transparent, poros, care a inte-

grat biochimic şi a susţinut fizic ţesutul funcţional al creierului – în acelaşi timp, au fost excluse lipidele, eliminate în condiţii de siguranţă printr-un proces electrochimic. Rezultatul a fost un creier transfor-mat pentru accesibilitate optimă. Ei au numit noua metodă CLARITY (Imagistică anatomic rigidă cu schimbare lipidică/ţesut hidrogel compatibil cu imunocolorarea). Folosind CLARITY, cercetătorii au fotografiat întregul creier al unui şoarece, care a fost modificat genetic pentru a exprima o proteină fluorescentă. Un microscop convenţional a dezvăluit detalii stralucitoare, pre-cum proteinele încorporate în mem-branele celulare şi fibrele nervoase individuale, în timp ce un microscop electronic a relevat chiar şi structuri ultra-fine, precum sinapsele, conexi-unile dintre neuroni. Folosind CLARITY, într-o serie de experimente efectuate în creierul de şoarece, cercetătorii au demonstrat, pentru prima dată, că teste stan-dard ale sistemului imunitar şi teste bazate pe genetică pot fi efectu-ate în mod repetat în acelaşi creier intact. Molecule trasor, precum anticorpii, pot fi uşor livrate pentru colorarea ţesuturilor – sau eliminate – lăsând ţesutul cerebral netulburat. Cercetătorii au descoperit că CLARITY a depăşit metodele conven-ţionale într-o serie de provocări anterior problematice tehnic. Când au folosit CLARITY pent-ru a analiza post-mortem creierul unei persoane care a avut autism, chiar dacă acesta a fost întărit în formaldehidă timp de şase ani, ei au fost capabili să urmărească fibrele nervoase individuale, celulele neuro-nale şi extensiile acestora.

(Sursa: National Institutes of Health)

o nouă metodă permite analiza 3-d a structurilor şi conexiunilor cerebrale fine

Datorită unei metode revoluţi-onare, cercetătorii pot studia acum activităţile fine ale creierului, păstrându-i, în acelaşi timp, struc-tura 3-D şi integritatea circuitelor sale şi a altor mecanisme biologice.

13ApRilie2013

sistem telerobotic conceput pentru a trata cancerul vezicii urinare

ROBOTICĂ MEDICALĂ

ioana olTeanu

sperăm că le dă superputeri chirurgicale”, a comentat S.Duke Herrell, un profesor asociat de chirurgie urologică minim invazi- vă şi inginerie biomedicală, care este specializat în oncologie, de la Vanderbilt University Medical Center, şi colaborează la proiect. Metoda tradiţională, pe care Simaan a observat-o, implică introducerea unui tub rigid numit rezectoscop prin uretră în vezica urinară. Instrumentul conţine mai multe canale care permit circulaţia lich-idu lui, asigurarea accesului unui endoscop, pentru observare, şi a accesoriilor interschimbabile de cau-terizare, utilizate pentru a obţine biopsia ţesutului pentru evaluarea malignităţii tumorii şi rezecţia tumo-rilor mici. În unele operaţii, chirurgii înlocuiesc cauterul cu un laser cu fibră optică pentru a dis-truge celulele tumorale. Deşi endoscopul poate oferi o imagine bună a mucoasei vezicii urinare direct vizavi de deschiderea ure-trei, inspectarea altor zone este mult mai dificilă. Echipa medicală trebuie să apese şi să răsucească endoscopul sau să apese pe corpul pacientului pentru a putea vizualiza şi alte arii. Aceste contorsiuni sunt, de aseme-nea, necesare atunci când trebuie eliminate tumori aflate în zone mai puţin accesibile. Dacă chirurgul, folosind observaţia endoscopică sau biopsia, stabileşte că o tumoră este invazivă şi a pătruns în stratul muscular, atun-ci el realizează ulterior o cistectomie

care îndepărtează complet vezica urinară tot printr-o incizie la nive-lul abdomenului. În mod frecvent, această intervenţie se face cu aju-torul unui robot chirurgical obişnuit. Dar, în cazul în care chirurgul apreciază că tumora este superficială – limitată la căptuşeala vezicii – atun-ci el încearcă să o elimine utilizând rezectoscopul. Cancerul vezicii urinare este atât de costisitor de tratat, în parte, deo-arece tumorile din mucoasa vezi-cii urinare sunt extrem de persis-tente şi astfel necesită supraveghere continuă şi intervenţii chirurgicale repetate. Printre factorii care contribuie la această persistenţă se numără dificultatea identificării precise a marginilor tumorale şi eşecul strădaniei de a elimina toate celulele canceroase. „Pentru că se lucrează printr-un tub lung, rigid, aceasta poate fi o procedură dificilă, mai ales în anumite zone ale vezicii urinare”, a spus Duke Herrell. Sistemul telerobotic este con-ceput special pentru a opera în acest mediu provocator. Aparatul în sine are aproximativ dimensiu-nea şi forma unei sticle mari de tip termos, dar segmentul său final, de intervenţie, este de numai 5,5 milimetri in diametru şi constă dintr-un braţ robotic segmentat. Braţul mic se poate curba cu 180 de grade, aceasta permiţându-i să fie orientat în orice direcţie, inclusiv direct înapoia punctului de intrare a instrumentului. La vârful braţului este o sursă de lumină albă, un laser cu

Deşi cancerul vezicii urin-are este a şasea dintre cele mai frecvente forme de cancer în SUA şi cea mai scumpă de tratat, meto-da de bază pe care medicii o folosesc pentru a o trata nu s-a schimbat prea mult de peste 70 de ani. O colaborare interdisciplinară între inginerii şi medicii de la Universităţile Vanderbilt şi Columbia intenţionează să schimbe dramatic această situaţie. Echipa condusă către Nabil Simaan, profesor asociat de ingin-erie mecanică la Vanderbilt, a dez-voltat un prototip de platformă telerobotică conceput pentru a fi introdus prin orificii naturale - în acest caz, uretra - care poate oferi chirurgilor o vizibilitate mult mai bună a tumorilor vezicale, astfel încât ei să poată diagnostica cu mai multă acurateţe. De asemenea, dispozitivul este conceput pentru a înlesni elimin-area tumorilor din mucoasa vezicii urinare, indiferent de poziţia lor - o operaţiune numită recesiune transuretrală. „Când am efectuat prima rezecţie transuretrală, am fost uimit obsevând cât de grosolane sunt instrumentele şi cât de mult necesită procedura respectivă împingerea şi întinderea corpului pacientului”, a relatat profesorul Nabil Simaan. Această experienţă i-a inspirat pe ingineri să dezvolte un sistem care foloseşte micro-robotica pen-tru a efectua dificila intervenţie chirurgicală. Caracteristicile şi capacităţile sistemului sunt descrise într-un articol intitulat „Proiectarea şi eval-uarea unei platforme telerobotice minim invazive, pentru supraveg-here transuretrală şi intervenţie”, publicat în numărul din aprilie al revistei IEEE Transaction on Biomedical Engineering. ”Sistemul telerobotic specializat nu iadeciz-ia din mâinile chirurgilor, ci le îmbunătățește capacitățile și

14 ApRilie2013

sistem telerobotic conceput pentru a trata cancerul vezicii urinare

ROBOTICĂ MEDICALĂ

fibră optică pentru cauterizare, un fibroscop pentru observare şi un mic forceps pentru prinderea ţesutului. Inginerii raportează că ei pot controla poziţia braţului „şarpe” cu precizie sub-milimetrică: un nivel adecvat pentru a funcţiona în condiţii clinice. Ei au demon-strat, de asemenea, că aparatul poate preleva ţesut pentru biopii prinzând țesutul ţintă cu forcepsul şi tăindu-l apoi cu laserul. Fibroscopul a produs o imag-ine de 10.000 de pixeli, care a fost direcţionată către un sistem de cameră video digitală. Pentru că este orientabil, instrumentul a fost în măsură să furnizeze vederi înconjurătoare ale pereţilor vezicii urinare din unghiuri de vizualizare favorabile. Cu toate acestea, testarea a relevat că eficacitatea sistemu-lui de cameră a fost limitată de rezoluţia slabă la distanţă. Conform cercetătorilor, a- cest lucru poate fi corectat prin reproiectarea fibroscopului sau prin înlocuirea acestuia cu un vârf cu o cameră în miniatură. În viitor, cercetătorii intenţio-nează să încorporeze metode imagistice suplimentare pentru îmbunătăţirea capacităţii instru-mentului de a identifica limitele tumorale. Acestea includ un endoscop cu fluorescenţă, tomografie cu coerenţă optică, cu radiaţii infraroşii, pentru a obţine imag-ini cu rezoluţie micrometrică ale

ţesutului, şi ultrasunete, pentru a ajuta privirea naturală a chirurgu-lui. Pe lângă aceste metode de observaţie, cercetătorii au dotat braţul robotului lor cu sensibili-tate tactilă. Folosind o tehnică numită „feedback -ul forţei”, ei pot măsura forţa care acţionează asupra vârfului instrumentului atunci când vine în contact cu ţesutul. În mod normal, tumor-ile ies din ţesutul înconjurător. Doctorandul Andrea Bajo, de la Vanderbilt, a folosit acest fapt pentru a proiecta cu succes noi algoritmi care îi permit braţului robotic al dispozitivului să iden-tifice cu precizie marginea unei tumori, poziţionând vârful mini-robotului chirurgical pe marginea unei tumori şi instruindu-l să se mişte în direcția care menţine aceeaşi presiune. „Chirurgii pot identifica de obi-cei, maginea brută vizuală a unei tumori cu precizie de un milimetru, dar un robotrobot ca acesta are potenţialul de a face identificarea la precizie submilimetrică şi, cu tehnologii suplimentare, poate fi, de fapt, capabil să distingă mar-ginile la nivel celular”, a declarat Herrell. Echipa intenţionează să facă uz de acest nivel de precizie pentru a programa robotul să efectueze ceea ce chirurgii numesc o „rezecţie în bloc” – eliminarea unei tumori întregi, plus o mică marjă de țesut normal, într-o sin-

gură operaţie. Această procedură este concepută pentru a asigura că nu sunt lăsate în urmă celule can-ceroase, care pot reface tumora. Inginerii folosesc, de aseme-nea, capacităţile sistemului pentru a proiecta o serie de măsuri de siguranţă în sistemul telerobotic. De exemplu, chirurgul oper-ator poate stabili o adâncime maximă până la care va tăia cu laserul şi, chiar dacă alunecă mâna operatorului, robotul nu va tăia mai adânc. Aceste măsuri de siguranţă sunt un exemplu de obiectiv de cercetare primar pe care Simaan îl are în vedere: dezvoltarea de sisteme chirurgicale robotice care pot fi introduse în corpul uman şi pot interacţiona cu el în condiţii de siguranţă. Lucrările la acest sistem au început cu doctorandul Roger Goldman, fost student al lui Simaan, şi cu Lara Suh - MacLachlan, la Columbia Uni ver-sity. Ryan Pickens, de la Vanderbilt University Medical Center, este, de asemenea, membru al echipei. Simaan şi Bajo au primit sprijin parţial de la NSF Career grant # IIS-1063750.

(Sursa: Vanderbilt University Medical Center)

ApRilie2013 15

ONCOLOGIE

Cristina soresCu

dubla elice – doar una dintre formele AdN la aproape şaizeci de anide la descoperirea structurii în dublăeliceaADN,oechipădecercetători de la University ofCambridge,condusădeShankarBalasubramanian, a arătat căcromozomii umani conţin şiporţiunideADNsub formădeelicecvadruplă! Dubla elice clasică apareca o scară răsucită, ale căreibare verticale (cele două fil-amente ale ADN) sunt uniteprin perechi de baze azotate(desemnate cu iniţialele A,T,Cşi G). Cvadrupla elice poate fireprezentată ca o etajeră alecăreipatrupicioarearfitotfil-amenteADNsusţinândosuită

debareG–patruGconstituindplatouri. este o abundenţă debareG (moleculedeguanină),care permit replierea ADN încvadruplaelice. Deja observate in vitro,aceste structuri au fost, de această dată, reperate de-alungul cromozomilor, până laextremităţile acestora. ele seformează în special în celule-le care se divid rapid, pre-cum celulele tumorale, şi arputea interveni în reglarea multiplicării celulare. Ceea cele face ţinte potenţiale pentrutratamenteanticanceroase.

(A.B.)

Pentru a îmbunătăţi tra-tamentele împotriva canceru-lui cu medicamente terapeu-tice specifice, cercetătorii au nevoie să poată vedea pro-teinele predominante în celu-

o tehnică microscopică – cheia ameliorării tratamentelor anti-cancer cu medicamente terapeutice ţintă

lele canceroase. Acest lucru a fost imposibil, până acum. Datorită unei noi tehnici de microscopie, cercetătorul Adam Smith, profesor de chimie la University of Akron, a observat cum grupurile de receptori ai factorului de creștere epidermică (RFCE) - o proteină abundentă în cancerul pulmonar, cancerul de colon, glioblastom şi altele - funcţionează defectuos în celulele canceroase. „Putem observa direct conglome-ratele de proteine, în membrana celulelor vii, care sunt invizibile cu metodele tradiționale. Aceasta deschide posibilitatea de a măsura în mod direct efectul medicamentelor asupra proteinelor țintă”, subliniază Adam Smith. Lucrarea lui Smith se află în centrul cercetărilor de ultimă oră în domeniul cancerului, care se concentrează pe dezvoltarea unor medicamente specifice, care să distrugă celulele canceroase, fără daune colaterale

asociate cu tratamentele tradiţionale, cum ar fi chimioterapia. Concret, Smith a folosit o tehnică rafinată de numărare a fotoni- lor, care permite cercetătorilor să măsoare dimensiunea aglomeră- rilor de proteine RFCE. Tehnica re- prezintă un progres semnificativ de la studierea culturilor cu un micro- scop tradiţional, care nu poate capta vizual obiecte atât de mici precum clusterele RFCE, potrivit lui Smith, autorul lucrării despre „cu- plarea conformațională de-a lungul membranei plasmatice, în activa- rea receptorilor FEG”, publicată în ediţia din 31 ianuarie a revistei Cell, care pune în evidență tehnica. „O altă dificultate întâmpinată în studierea RFCE constă în faptul că se află în membrana celulelor, care poate fi considerată ca o linie de gard, care definește limita celulei, dar, în realitate, este mai mult ca un sălbatic gard viu”, spune Smith, în celulele

sănătoase și, de asemenea, modul în care funcționează defectuos în celulele canceroase. În continuare, A. Smith are în vedere studierea interacțiunii dintre medicamente şi RFCE vizate, apreciind că va contribui „în mod semnificativ la îmbunătățirea descoperirii de medicamente, care, în prezent se bazează de prea multe ori pe măsurarea indirectă a eficienței”. Au participat la cercetarea recentă a lui Adam Smith specialişti de la University of California, Berkeley, și Columbia University. National Cancer Institute, Howard Hughes Medical Institute şi US Department of Energy au oferit finanţare pentru aceasta cercetare.

(Sursa: University of Akron)

explicând modul în care noua tehnică de microscopie, bazată pe laser, învinge acest obstacol și permite cercetătorilor să studieze, în timp real, cum lucrează RFCE

16 ApRilie2013

ONCOLOGIE

Alina VÂlCeA

schele 3-d, un nou instrument pentru lupta cu cancerul

Schele produse dintr-un polimer poros susţin creşterea ţesutului biologic destinat implantării, având potenţialul de a accelera foarte mult dezvoltarea terapiilor anti-cancer. Cercetătorii de la Rice University şi University of Texas MD Anderson Cancer Center, din Houston, şi de la Mount Sinai Medical Center, din New York, au raportat luna aceasta utilizarea cu succes a unor construcţii tridimensionale pentru cultura celulelor de sarcom Ewing, mimând mediul în care se dezvoltă astfel de tumori. Rezultatele cercetării lor au apărut recent în publicaţia Proceedings of the National Academy of Sciences. „În comparaţie cu suprafeţele de plastic bidimensionale utilizate de obicei în cercetarea oncologică pentru a testa medicamentele anti-cancer, schelele redau mai bine micromediul în care cresc tumorile”, a declarat bioinginerul Antonios Mikos, de la Rice University, care a condus echipa de cercetare împreună cu prof. dr. Joseph Ludwig, specialist în tratarea sarcomului, de la MD Anderson Cancer Center. „Am investigat în ce mod ne putem îmbunătăţi expertiza în transformarea ţesuturilor normale în ţesuturi canceroase, care poate servi potenţial ca un predictor mai bun al răspunsului la medicamentele anti-cancer decât platformele standard de testare a medicamentelor”, a relatat Antonios Mikos. Cultivând celule canceroase într-o schelă tridimensională, mai degrabă decât pe suprafeţe plane, echipa de cercetători a descoperit că aceste celule se

asemănă îndeaproape morfologic şi biochimic cu cele din tumorile maligne existente în organism. În plus, tumorile obţinute prin inginerie care le imită pe cele in vivo oferă oportunităţi pentru evaluarea mai precisă a unor strategii precum chimioterapia sau terapia cu radiaţii, a subliniat cercetătorul. Proiectul „oferă o cale de evaluare mai bună, din timp, a promisiunilor terapiilor biologic ţintite, în stadiu preclinic”, a declarat Ludwig. Schelele produse în laboratorul lui Mikos „facilitează dezvoltarea şi creşterea unui nou ţesut, în afara corpului, în scopul implantării ulterioare pentru a înlocui ţesuturile afectate de boală”. Echipa a descoperit că schelele 3-D sunt un mediu adecvat pentru creşterea sarcomului Ewing, a doua dintre cele mai frecvente malignităţi osoase în pediatrie. Profilul creşterii tumorii şi caracteristicile expresiei proteinelor au fost „extrem de deosebite faţă de cele obţinute pentru ţesuturile cultivate pe suprafeţe 2D”, a specificat Mikos. Aceste diferenţe i-au condus pe cercetători la ipoteza că culturile 2D pot masca mecanismele prin care tumorile dezvoltă rezistenţă la terapia anti-cancer, şi „pot conduce la concluzii eronate ştiinţific, care ne complică înţelegerea biologiei cancerului”, au conchis cercetătorii. Următoarea provocare este personalizarea schelelor, pentru a se potrivi mai exact condiţiilor reale în care se găsesc aceste tumori. „Tumorile in vivo există într-un micromediu complex format din mai multe alte tipuri de

celule şi componente ale matricei extracelulare”, observă Antonios Mikos. „Adoptând abordarea de jos în sus şi încorporând mai multe componente la acest model curent, putem adăuga straturi de complexitate pentru a-l face mai sigur. Noi credem că este foarte promiţător ceea ce avem în prezent”, apreciază cercetătorul. „Dacă putem construi pe aceste rezultate, atunci putem dezvolta un predictor excelent al eficacităţii medicamentelor la pacienţi.” Co-autori ai studiului sunt masteranzii de la Rice University Eliza Fong şi Emily Burdett; Kurt Kasper specializat în bioinginerie; Mary Farach-Carson, profesor de biochimie şi biologie celulară şi vice-rector pentru biostiinţă translaţională la MD Anderson Cancer Center, cercetătorul principal Salah-Eddine Lamhamedi-Cherradi, asistenţii cercetători Vandhana Ramamoorthy şi Brian Menegaz, profesorul asociat Alexander Lazar, de la departamentul de patologie, masterandul Deeksha Vishwamitra şi profesorul asociat Hesham Amin, de la departamentul de hematologie, şi profesorul asistent Elizabeth Demicco, de la Mount Sinai Medical Center. Antonios Mikos este profesor de bioinginerie şi inginerie chimică şi biomoleculară la Rice University. Cercetarea a fost finanţată de National Institutes of Health, National University of Singapore-Overseas Graduate Scholarship şi un grant MD Anderson Suport.

(Sursa: Rice University)

ApRilie2013 17

Melanomulmalignestecelmaiagresivtipdecancerdepiele.Omutaţiegeneticăspecialăjoacăunrolimportantîncazulapeste50 la sută dintre pacienţii afectaţi de acest tip de cancer. Cumduratadeviaţăapacienţilorpurtătoriairespectiveimutațiipoatefiprelungităînmodsemnificativdenoimedicamente,estefoarteimportant să fie identificată cu certitudine. pentru identificare,cercetătoriidelaUniversityofBaselșiludwiginstituteforCancerResearch,dinlausanne,audezvoltatonouămetodă,desprecareauraportatîncunoscutarevistă„NatureNanotechnology”.

În Elveția, în fiecare an, aprox-imativ 2100 de persoane sunt afectate de melanom malign, care reprezintă una dintre cele mai frecvente tumori. Deși, la o detectare timpu-rie, perspectivele de recuperare sunt foarte bune, în schimb, în etapele ulterioare şansele de supravieţuire sunt reduse drastic. În ultimii ani, au fost dezvol-tate mai multe medicamente noi, care să profite de prezența anu-mitor mutații genetice legate de creşterea celulară rapidă în ţesut. În cazul melanomului, este importantă așa-numita genă BRAF, care, în stare mutantă, con-duce la creșterea necontrolată a celulelor. Din moment ce doar aproxi-mativ 50 la sută dintre pacienţii cu melanom malign sunt purtători ai acestei mutaţii, este important să fie identificaţi acei pacienţi care răspund la noua terapie. Luând în considerare efectele secundare negative ale medica-mentelor, nu ar fi oportun să se administreze medicamente la toți pacienții.

diagnosticul implică interacțiune moleculară

Echipele prof. dr. Christoph gerber, de la Swiss Nanoscience Institute al Universităţii din Basel, şi dr. donata Rimoldi, de la Lud-wig Institute for Cancer Research, din Lausanne, au dezvoltat recent o nouă metodă de diagnostic care analizează acidul ribonucleic (ARN) din celulele canceroase, utilizând senzori nanomecanici şi mici console microscopice. Astfel, celulele sănătoase pot fi distinse de celulele canceroase. Spre deosebire de alte

metode, abordarea de tip consolă este atât de sensibilă încât ADN-ul nu trebuie să fie nici amplificat, nici etichetat. Metoda se bazează pe le-garea moleculelor de suprafața superioară a unei console şi modificarea asociată a stresului de suprafață. În acest scop, consolele sunt mai întâi acoperite cu un strat de molecule de ADN care se pot lega la ARN-ul din celulele mutante. Procesul de legare deviază consola. Îndoirea se măsoară cu aju-torul unui fascicul laser. Interacțiunea moleculară tre-buie să aibă loc foarte aproape de suprafața consolei pentru a produce un semnal.

detectarea altor tipuri de cancer

În experimente, cercetătorii ar putea arăta că celulele care prezintă această mutaţie genetică pot face distincţia între persoane purtătoare şi cele lipsite de mutaţie. ARN-ul celulelor dintr-o cultură de celule a fost testat în concentrații similare cu cele din probele de ţesut. Deoarece cercetătorii ar putea detecta mutaţia în ARN care rezultă din linii de celule diferite, de fapt, metoda funcționează in-dependent de originea probelor. Dr. françois huber, primul autor al lucrării publicate, explică: „Tehnica poate fi aplicată şi la alte tipuri de cancer, care depind de mutaţii ale unor gene individuale, de exemplu, în tumorile gastro-intestinale şi ale cancerului pul-monar. Aceasta arată potențialul de aplicare pe scară largă în trata-

mentul cancerului, diagnosticare și personalizarea îngrijirilor medi-cale.” Coautorul dr. Donata Rimol-di adaugă: „Numai abordarea interdisciplinară în medicină, bi-ologie și fizică permite să se aplice noi metode nanotehnologice în medicină, pentru beneficiul pacienților.” Lucrarea a fost susţinută în cadrul proiectului NanoTera „Tehnologie de matrice de sonde, pentru aplicații în ştiinţa vieţii”, al Swiss National Science Founda-tion, Swiss Nanoscience Institute, fundația Cleven și divizia de mi-crofabricare a IBM Research, din Ruschlikon.

(Sursa: Nature Nanotechnology)

ONCOLOGIE

Sorina RAdU

nanosenzori, în terapia cancerului de piele

18 ApRilie2013

Cercetătorii de la Sandia National Laboratories au în curs de dezvoltare un instrument medical capabil să detecteze rapid o suită de agenţi utilizabili în scop de bioterorism, precum antrax, ricin, toxina botulinică, shiga şi SEB. Odată elaborat, aprobat de Food and Drug Administration şi comercializat, aparatul ar fi folosit cel mai probabil în camerele de urgenţă, în cazul unui incident de bioterorism. „Aceasta este o necesitate, nesatisfăcută până acum, privind programul de bioapărare a populaţiei”, a sub-liniat Anup Singh, senior manager al Grupului Sandia pentru ştiinţă biologică şi tehnologie. „Nu există un dispozitiv în acest scop, utilizabil la punctul-de-îngrijire.” Cercetarea desfăşurată la Sandia este finanţată printr-un grant obţinut recent – aproape 4 milioane $ timp de patru ani – de la National Institute of Allergy and Infectious Diseases, din cadrul National Institutes of Health. NIH a finanţat o serie de proiecte recente de la Sandia. Programele Sandia pentru bioştiinţe şi microfluidice au continuat să evolueze, cu un şir de proiecte notabile, inclusiv: MicroChemLab, o tehnologie deschizătoare de drumuri pentru laboratoare-pe-un-cip, dezvoltată la începutul anilor 1990; „dispozitivul salivă” şi o tehnolo-gie de urmărire în timp a evoluţiei, RapiDx, dezvoltată către mijlocul anilor 2000, SpinDx, cel mai nou instru-ment de diagnostic medical dezvoltat la Sandia. „Acesta va duce lucrurile la nivelul următor”, a spus Singh. Pe lângă faptul că dispozitivul va testa pentru o suită mai largă de toxine bacteriene şi de agenţi pato-geni, proiectul include şi testarea cuprinzătoare cu probe animale (şoareci). Acesta este un pas important, deoarece toxinele se pot comporta, la animale vii şi la om, diferit faţă de cum se comportă în probele de sânge din laborator. „Suntem tot mai aproape de elementele translaţionale de cercetare, care presupun testarea pe animale şi în unităţi clinice. Aceasta face parte din maturizarea activităţilor noastre de cercetare biologică la Sandia”, a precizat Singh. „De asemenea, proiectul va spori abilităţile SpinDx”, a adăugat cercetătorul. „Când testezi pentru agenţi bacterieni, nu vrei ca testarea să se bazeze numai pe proteine, deoarece nu

vei primi sensibilitatea de detectare de care ai nevoie”, a explicat Singh. „Ca atare, folosim şi alte metode care ar putea îmbunătăţi limitele de detecţie şi ar oferi o confirmare suplimentară.” Noul proiect NIH include colaboratori cu experienţă în modelarea animală, precum şi în ce priveşte fabricar-ea dispozitivului. University of Texas Medical Branch, cu care Sandia desfăşoară un parteneriat de mai mulţi ani, împreună cu Western University of Texas Medical Branch, Regional Research Center in Albany, al US Department of Agriculture, California, oferă laboratoarelor Sandia experţi în toxine şi boli ale animalelor, din cadrul unităţilor de laborator. Bio-Rad, producător şi distribu-itor al unei game variate de dispozitive şi tehnologii de laborator, participă în calitate de consultant pe proiect, pentru a evalua planurile de dezvoltare a produselor, a urmări îndeplinirea criteriilor producătorilor de către dispozitivul dezvoltat şi a oferi feedback important când este construit un prototip. Deşi cea mai recentă atribuire de fonduri din partea NIH reprezintă o poveste de succes continuă pentru microfluidicele Sandia/activitatea de cercetare biologică, Singh subliniază că a fost parte dintr-o strat-egie multi-anuală bine gândită. „Trebuie să păstrăm tendinţa inovatoare şi să venim cu următorul dispozitiv”, a spus el. „Fiecare tehnologie are ciclul său de viaţă. Oricât de bun este SpinDx, ştim că vor apărea alte tehnologii, mai bune, în următorii câţiva ani. Nevoia de dispozitive de diagnostic pentru bioapărare nu va dispărea”, a subliniat Singh, „din moment ce există întotdeauna noi boli care izbucnesc şi care necesită teste bune de diagnostic. În afară de aceasta, vrem să dezvoltăm dispozitive cu dublă utilizare care să combată atât problemele create de om cât şi pe cele produse de natură”, a adăugat el. „Nu ne gândim deloc să aşteptăm următorul inci-dent de scrisoare cu antrax, pentru ca dispozitivele noas-tre să fie utilizate şi testate; dorim ca ele să fie utile şi pentru alte aplicaţii, ca, de exemplu, bolile infecţioase.” „Extinderea în aceste zone va menţine eforturile biocercetătorilor de la Sandia angajate pentru anii ce vor veni”, a subliniat Singh. „Capacităţile noastre şi cultura sunt o alegere foarte bună pentru combaterea pe termen lung a problemelor, care necesită un efort susţinut.”

(Sursa: Sandia National Laboratories)

BIOAPĂRAREA POPULAȚIEI

nou instrument pentru detectarea rapidă a toxinei bot-ulinice şi a altor agenţi biologici

Ana Barbu

19ApRilie2013

LABORATOR PE UN CIP

Tehnologie pentru numărarea leucocitelor la punctul de îngrijire

Celulele albe din sânge, sau leucocitele, sunt războinicii siste-mul imunitar. Deci, când o infecţie sau o boală atacă organismul, sistemul răspunde de obicei prin trimiterea mai multor globule albe în luptă. Aceasta înseamnă că verifi-carea numărului respectivelor celule este un mod relativ uşor de a detecta şi a monitoriza astfel de condiţii. În prezent, numărarea celule-lor sanguine albe, este realizată pe scară largă cu echipamente specializate în laboratoarele clin-ice centrale. În cazul în care medicul colectează probe de sânge de la un pacient la cabinet – de obicei, o eprubetă plină pentru fiecare test – obţinerea rezultatelor poate dura şi mai multe zile. Dar acum, inginerii de la California Institute of Technology (Caltech), în colaborare cu un cercetător de la compania LeukoDx, din Ierusalim, au dez-voltat un dispozitiv portabil pen-tru numărarea celulelor sanguine

albe, care are nevoie de mai puţin de o picătură de sânge şi oferă rezultatele analizei în câteva min-ute. „Numărul celulelor sanguine albe obţinut cu noul nostru sistem se potriveşte îndeaproape cu rezul-tatele testelor efectuate în spitale şi alte setări clinice centrale”, spune Yu-Chong Tai, profesor de ingin-erie electrică şi inginerie mecanică la Caltech şi cercetătorul principal al proiectului. „Aceasta ar putea face posi-bile, pentru prima dată, testele la punctul-de-îngrijire.” Contoarele portabile de celule sanguine albe ar putea îmbunătăţi monitorizarea ambu-latorie a pacienţilor cu afecţiuni cronice, precum leucemia sau alte tipuri de cancer. Contoarele pot fi utilizate în asociere cu telemedicina pentru a duce îngrijirea medicală în zonele îndepărtate. Dispozitivele ar putea permite chiar evaluarea expunerii pe ter-men lung la radiaţii a astronauţilor în timp ce aceştia sunt încă în

spaţiu. Cercetătorii descriu rezul-tatele activităţii lor în ediţia din 7 aprilie a revistei „Lab-on-a-chip”. Există cinci subtipuri de celule sanguine albe şi fiecare serveşte o funcţie diferită, ceea ce înseamnă că este util să se cunoască numărul tuturor celulelor acestor subtipuri. În general, limfocitele folosesc anticorpi pentru a ataca anumite virusuri şi bacterii; neutrofilele sunt deosebit de bune la com-baterea bacteriilor; eozinofilele ţintesc paraziţii şi anumite infecţii, monocitele răspund la inflamaţie şi refac celulele sanguine albe în ţesuturile corporale şi bazofilele, care reprezintă cel mai rar dintre subtipuri, atacă anumiţi paraziţi. Masterandul Wendian Shi, din laboratorul lui Tai, şi principalul autor al articolului publicat recent subliniază: „Dacă putem oferi un calcul rapid al celulelor albe din sânge, chiar în cabinetul medicu-lui, putem şti imediat dacă avem de a face cu o infecţie virală sau o infecţie bacteriană, iar medicul poate prescrie medicaţia corectă”.

20 ApRilie2013

LABORATOR PE UN CIP

Tehnologie pentru numărarea leucocitelor la punctul de îngrijireSorina RAdU

Prototipul aparatului este capabil să numere toate cele cinci subtipuri de globule albe dintr-un eşantion. Acesta oferă o diferenţiere exactă a celor patru mari subtipuri – limfocite, monocite, eozinofile şi neutrofile. În plus, ar putea fi folosit pent-ru a semnaliza un nivel anormal de ridicat al celui de al cincilea subtip, bazofilele, care sunt, în mod nor-mal, foarte rare (reprezentând mai puţin de un procent din toate celulele albe) pentru detectarea precisă în testele clinice. Întregul sistem nou se potriveşte într-o valiză mică (30 cm x 25 cm x 15 cm) şi ar putea fi inclus cu uşurinţă într-un dispozi-tiv portabil, spun inginerii. O dezvoltare majoră raportată în noua lucrare este crearea unui test de detectare care utilizează trei coloranţi pentru a marca celulele sanguine albe, astfel încât acestea să emită lumină, sau fluorescenţă, strălucind intens ca răspuns la lumina laser. Probele de sânge sunt tratate cu acest test colorant înaintea numărării celulelor albe în noul dispozitiv. Primul colorant se leagă put-ernic de ADN-ul găsit în nucleul celulelor sanguine albe, ceea ce face simplă distincţia între celule-le sanguine albe şi celulele san-guine roşii, care le înconjoară şi le depăşesc ca număr. Ceilalţi doi coloranţi ajută la diferenţierea între subtipuri. Inima noului dispozitiv este un canal lung de 50 micrometri,

transparent, făcut din silicon, cu o secţiune transversală de numai 32 de micrometri pe 28 micrometri, suficient de mică pentru a permite ca numai o celulă sanguină albă să poată curge, la un moment dat, prin regiunea de detectare. Proba de sânge colorată curge prin acest canal microfluidic spre regiunea de detectare, în care aceasta este iluminată cu un laser, cauzând fluorescenţă. Emisia rezultată din probă este apoi împărţită de o oglindă în două raze, reprezentând fluorescenţa verde şi cea roşie. Datorită testului cu coloranţi, subtipurile de celule sanguine albe emit cantităţi caracteristice de lumină roşie şi verde. Prin urmare, prin determinarea intensităţii emisiilor pentru fiecare celulă detectată, aparatul poate genera numărători diferenţiale de înaltă acurateţe ale celulelor san-guine albe. Shi spune că scopul său final este de a dezvolta un dispozitiv portabil care să poată veni în aju-torul pacienţilor cu boli cronice, la

domiciliu. „Pentru aceşti pacienţi, care luptă pentru a găsi un echilibru între tratamentul lor şi calitatea normală a vieţii, dorim să ofer-im un dispozitiv care îi va ajuta să-şi monitorizeze condiţiile de acasă”, spune cercetătorul. „Ar fi convenabil să limităm numărul deplasărilor la spital de care au nevoie pentru testare.” Articolul din „Lab-on-a-Chip” este intitulat „Numărătoare tetra-diferenţială de leucocite bazată pe citometrul de microflux fără teacă şi pe testul de colorant fluorescent.” În afară de Tai şi Shi, coau-tori ai studiului sunt Luke Guo, un masterand de la MIT care a lucrat la proiect ca student la Caltech, şi Harvey Kasdan de la LeukoDx Inc. din Ierusalim, Israel. Lucrarea a fost susţinută de National Space Biomedical Re-search Institute în cadrul unui con-tract cu NASA.

(Sursa: California Institute of Technology)

21ApRilie2013

ACCENT

A fost descifrat efectul soarelui asupra psihicului Se ştia că la venirea primă-verii, când creşte luminozitatea,persoaneledepresiveautendinţade a-şi ameliora starea. Motivpentru ca luminoterapia să fieuneori utilizată pentru a luptaîmpotrivadepresieihibernale. Totuşi, până în prezent,mecanismele neurologice care sunt antrenate în acest joc aurămasnecunoscute.Numai estecazul,graţiestudiuluiefectuatdeoechipăcondusădeMingliangpu,delaUniversitateadinBeijing,peun model animal: gerbil (un mic rozătordinregiuniledestepă).

Cercetătorii audescoperit, însfârşit, că celulele ganglionareale retinei – neuronii situaţi înochi la contactul cu celulele foto-receptoare–suntlegatecuozonăbineprecizatădintrunchiulcere-bral, implicată în producerea deserotonină. Un neurotransmiţător carejoacăunrolcheieîndispoziţie. Ochiul stimulat de luminătrimite semnale, pe calea celule-lor ganglionare, care cresc nive-lul serotoninei în această regi-une cerebrală şi, în final, reduccomportamentele depresive… cel

puţinlagerbil. Cercetătorii au demon-strat, de asemenea, că, pen-tru a diminua depresia aces-tor mici rozătoare private delumină, stimularea celulelorlor ganglionare retiniene are acelaşi efect ca un tratamentbazat pe medicamente anti-depresiveclasice.(i.o.)

(continuaredinpagina3)

„Un telefon mobil are aproape puterea de calcul a unui super computer de la începutul anilor 1990 şi, cu peste 6 miliarde de abonaţi la telefonie mobilă la nivel internaţional, există o masivă redu-cere a costurilor pentru a deţine un telefon mobil. Tocmai de aceea, împreună cu colegii mei, încercăm să ataşăm aceste micro-dispozitive la telefoanele mobile.” Dr. Ozcan şi colegii săi deţin mai mult de 20 de licenţe de pro-prietate intelectuală, ca parte a Holomic LLC, o companie axată

pe dezvoltarea echipamentelor de laborator pentru dispozitive mobile. La publicarea articolului dr. Ozcan, dr. Nandita Singh, editor senior la JoVE, a precizat: „Suntem foarte încântaţi să publicăm această platformă tehnologică ieftină bazată pe telefonul mobil, care permite detectarea celulelor sanguine albe, pentru a monitoriza pacienţii HIV pozitivi din regiuni geografice cu resurse limitate. Noua tehnologie poate fi extinsă pentru a detecta şi con-taminarea cu E. Coli în aprovizion-area cu apă şi lapte.”

Acest articol este a patra publicaţie în JoVE a rezultatelor cercetărilor conduse de dr. Ozcan. „JoVE este un jurnal extraor-dinar pentru descrierea metodelor. Materialul video şi textul cu privire la detaliile metodelor pot fi instruc-tive. Jurnalul s-a maturizat mult în ultimii ani şi a devenit un mijloc ideal de diseminare a rezultatelor ştiinţifice şi a mesajelor către alţi cercetători şi colegi”, a subliniat editorul.

(Sursa: Journal of Visualized Experiments)

Cameră de telefon transformată în microscop fluorescent

22 ApRilie2013