iKnife - medro.roşi biochimie la Duke University, care a ajutat dezvoltarea sondei. El şi...

24
7 iKnife

Transcript of iKnife - medro.roşi biochimie la Duke University, care a ajutat dezvoltarea sondei. El şi...

Page 1: iKnife - medro.roşi biochimie la Duke University, care a ajutat dezvoltarea sondei. El şi colaboratorii săi descriu sondele din nanotuburi de carbon în ediţia din 19 iunie a publicaţiei

IULIE 2013

7

iKnife

Page 2: iKnife - medro.roşi biochimie la Duke University, care a ajutat dezvoltarea sondei. El şi colaboratorii săi descriu sondele din nanotuburi de carbon în ediţia din 19 iunie a publicaţiei

După lansarea „ochelarilor Google”, lumea ştiinţifică şi nu numai ea era în aşteptarea unor evenimente care să demonstreze o paletă de aplicaţii dintre cele mai diverse. Promotorii şi beneficiarii „telemedicinii”, care oferă şansa unei asistenţe medicale specializate la distanţă, consultanţă şi consiliere din partea altor medici – intra-operator, în cazul chirurgiei – educaţie medicală, de asemenea, la distanţă, se situau printre cei dintâi interesaţi.

Primul eveniment s-a produs, la 20 iunie, sub forma unei intervenţii chirurgicale – gastrostomie endoscopică percutană – efectuate de chirurgul Rafael Grossmann Zamora, de la Eastern Maine Medical Center, unul dintre dezvoltatorii sistemului de „teletraumă” din SUA, el însuşi specializat în tratarea traumatismelor şi în măsură a-şi împărtăşi expertiza altor medici.

Înscris în programul Google Explorer,

venezuelanul a înregistrat introducerea tubului gastric pe cale endoscopică şi a transmis-o prin Google Glass Hang-Out. Scopul urmărit: să demonstreze că dispozitivul şi platforma care-l însoţeşte au un potenţial major pentru asistenţa medicală şi cu deosebire pentru chirurgie şi medicina de urgenţă.

Deşi recunoaşte că imaginile nu sunt încă rafinate din punct de vedere tehnic, chirurgul consideră că scopul său a fost atins, întrucât a demonstrat că transmiterea unei intervenţii chirurgicale cu ochelarii Google este posibilă. „Cred că în viitor va trebui descoperită o cale prin care să se poată face trecerea de la imaginile filmate direct cu ochelarii Google la cele filmate cu endosccopul, astfel încât imaginea de ansamblu să fie completă.”

Cercetătorii deja lucrează la aceasta. (A.V.)

Chirurgie cu ochelari Google

Page 3: iKnife - medro.roşi biochimie la Duke University, care a ajutat dezvoltarea sondei. El şi colaboratorii săi descriu sondele din nanotuburi de carbon în ediţia din 19 iunie a publicaţiei

IULIE 2013

eurocercetătorii ar putea capta, în curând, semnalele celulelor individuale ale creierului, cu harpoane mici din nanotuburi

de carbon. Noua suliţă destinată celulelor

creierului este lungă doar de un milimetru şi largă de câţiva nanometri şi exploatează proprietăţile electromecanice superioare ale nanotuburilor de carbon pentru a capta semnale electrice de la neuroni individuali.

„Potrivit informaţiilor noastre, aceasta este prima dată când cercetătorii au folosit nanotuburi de carbon pentru a înregistra semnale de la neuroni individuali, ceea ce numim înregistrări intracelulare, în felii de creier sau în creierul intact de vertebrate”, a precizat Bruce Donald, profesor de informatică şi biochimie la Duke University, care a ajutat dezvoltarea sondei.

El şi colaboratorii săi descriu sondele din nanotuburi de carbon în ediţia din 19 iunie a publicaţiei „PLoS ONE”.

„Rezultatele sunt o dovadă bună a principiului potrivit căruia nanotuburile de carbon ar putea fi utilizate pentru studierea semnalelor de la celulele nervoase individuale”, consideră neurobiologul Richard Mooney, de la Duke University, un co-autor al studiului.

„Dacă se continuă dezvoltarea tehnologiei, ar putea fi destul de utilă pentru studierea creierului.”

Cercetătorii doresc să studieze semnalele provenite de la neuroni individuali şi interacţiunile lor cu alte celule ale creierului pentru a înţelege mai bine complexitatea de calcul a creierului.

În prezent, pentru a înregistra semnale de la celulele creierului ei folosesc două tipuri principale de electrozi, din metal şi din sticlă.

Electrozii metalici înregistrează maxime de semnal de la o populaţie de celule ale creierului şi funcţionează bine la animale vii.

Electrozii de sticlă măsoară, de asemenea, maximele, precum şi calculele pe care le efectuează celulele individuale, dar sunt delicaţi şi se rup uşor.

„Noile nanotuburi de carbon combină cele mai bune caracteristici ale electrozilor de metal şi ale electrozilor de sticlă. Ele înregistrează atât în interiorul cât şi în afara celulelor creierului şi sunt destul de flexibile. Pentru că nu se vor sparge, cercetătorii le-ar putea folosi pentru a înregistra semnale de la celulele individuale ale creierului de la animale vii”, a precizat neurobiologul Michael Platt, de la Duke University, care nu a fost implicat in studiu.

În trecut, şi alţi cercetători au experimentat cu sonde din nanotuburi de carbon. Dar electrozii au fost groşi, provocând leziuni tisulare, sau au fost scurţi, limitând distanţa la care ar putea pătrunde în ţesutul cerebral.

Ei nu puteau sonda interiorul neuronilor individuali.

Pentru a înlătura acest neajuns, Donald a început să lucreze, în urmă cu cinci ani, împreună cu neurobiologul Richard Mooney, de la Duke University, la o sondă din nanotuburi de carbon, similară unui harpon.

(Continuare în pagina 22)

Nanotuburi de carbon, pentru înregistrarea activităţii

neuronilor in vivoIoana OLTEANU

AC

CE

NT

Din sumar

Pag. 7

Spectroscopia de impedanţă ajută la identificarea tipurilor de celule

Pag. 9

Dioxid de titan cuplat cu nanotuburi de carbon, pentru următoarea generaţie a testului de glucoză

Pag. 11

Implanturi retiniene foto-alimentate

Pag. 14

Microroboţi controlaţi magnetic pentru inter-venţii chirurgicale oftalmice minim invazive

Pag. 17

Vaccin pe bază de nanoparticule de aur, pentru virusul sinciţial respirator

Tomografie mecanică cu nanoace

Pag. 20

Dispozitiv care poate preveni repetarea tumorectomiilor în cancerul de sân

Pag. 22

Când creierul…vede culorile

Stilou din fibră optică pentru a vedea în creierul copiilor cu dizabilităţi deînvăţare

Pag. 4

O nouă tehnică pentru ţesuturi transparente

Pag. 18

Pag. 5

N

3

Page 4: iKnife - medro.roşi biochimie la Duke University, care a ajutat dezvoltarea sondei. El şi colaboratorii săi descriu sondele din nanotuburi de carbon în ediţia din 19 iunie a publicaţiei

IULIE 2013

Cercetătorii japonezi au dezvoltat o nouă soluţie pe bază de zahăr şi apă, care face ţesuturile transparente în doar trei zile, fără a afecta forma şi natura chimică a probelor.

Combinată cu microscopia fluorescentă, această tehnică le-a permis să obţină imagini de-taliate ale creierului şoarecelui, la o rezoluţie fără precedent.

Echipa de la Riken Center for Developmental Biology şi-a raportat constatările în numărul din iulie al revistei „Nature Neuroscience”.

De-a lungul ultimilor ani, echipe din Statele Unite ale Americii şi Japonia au raportat o serie de tehnici pentru a obţine transparenţa probelor bio-logice, care au permis cercetătorilor să privească în adâncimea unor structuri biologice cum ar fi crei-erul.

„Totuşi, aceste tehnici de obţinere a transparenţei au limitări, deoarece induc deteriorări chimice şi morfologice ale probei şi necesită efectu-area unor proceduri consumatoare de timp”, a expli-cat dr. Takeshi Imai, care a condus studiul.

SeeDB, o soluţie apoasă de fructoză pe care dr. Imai a dezvoltat-o împreună cu colegii săi, Meng-Tsen Ke şi Satoshi Fujimoto a depăşit aceste limite.

Folosind SeeDB, cercetătorii au fost capabili să obţină, în trei zile, embrioni şi creier de şoarece transparente, fără a afecta structurile fine ale pro-belor sau coloranţii fluorescenţi pe care i-au injectat în ele.

ctualele gipsuri voluminoase, care dau senzaţie de mâncărime şi sunt de obicei urât mirositoare, ar putea fi

înlocuite de mulaje 3D-imprimate, pentru oase fracturate, dezvoltate în cadrul unui proiect conceptual prezentat de Jake Evill, absolvent al Victoria University of Wellington.

Prototipul Cortex este uşor, ventilat, lavabil şi suficient de subţire pentru a se potrivi sub o cămaşă cu mâneci.

Un pacient ar avea imaginea RX a oaselor şi partea exterioară a membrelor scanate 3D.

Software-ul va determina apoi forma optimă personalizată, cu un suport mai dens concentrat în jurul fracturii propriu-zise.

Piesele poliamidice vor fi imprimate pe loc şi fixate cu sisteme de închidere care nu pot fi desfăcute până când procesul de vindecare

Colegiul Ştiinţific:

Prof. Dr. Radu NEGOESCUInstitutul de Sănătate PublicăDr. Ing. Ioan VOICUInstitutul pentru Tehnologii Avansate, BucureştiProf. Dr. Florian PURGHEL, Spitalulclinic de Urgenţă „Bagdasar Arseni“Dr. Ing. Gheorghe SAJIN,Institutul de Cercetare-Dezvoltarepentru Microtehnologie, Bucureşti

Dr. Corneliu MOLDOVANConf. Univ. Dr. Manole COJOCARU(CS I, EurClinChem)Dr. Lilia MORARI

Recenziile articolelor ştiinţificeau fost făcute de:Prof. Dr. Ing. Constantin BUCŞANConf. Dr. Ing. Sorin KOSTRAKIEVICI

Corespondenţi în străinătate:Frankfurt - Dr. Maria ŢIŢEICA

Responsabilitatea asupra textului,reclamelor şi conţinutului articolelorrevine în întregime autorilor.Reproducerea totală sau parţialăa articolelor publicate în această revistă este posibilă numai cu acordul scrisal editorilor.

este marcăînregistrată.

Director fondator: Mihai CHEŢAN

Redacţia:Redactor şef: Iuliana BUNEAColectivul de redacție:Andrei CHEȚAN

Redacţia şi administraţia:Str. Rucăr, nr. 32, Sector 1, BucureştiTel. (021) 666.24.82, (021) 666.25.22

ISSN 1583-3631

Editor

Închiderea ediţiei: 29 iulie 2013

ZO

OM

Gips imprimat 3D îmbunătăţeşte confortul şi reduce cantitatea de deşeuri

Ei au putut vizualiza apoi circuitele neuronale din interiorul creierului unui şoarece, la scara înt-regului creier, sub un microscop cu fluorescenţă modificat, fără a face secţiuni mecanice prin creier.

Ei descriu, pentru prima dată, modele 3D de-taliate de cablare a fibrelor comisurale care leagă emisferele dreaptă şi stângă ale cortexului cerebral.

De asemenea, cercetătorii raportează că au fost capabili să vizualizeze în trei dimensiuni fibrele

celulelor mitrale din bulbul olfactiv, care este impli-cat în detectarea mirosurilor, la rezoluţia unei sin-gure fibre.

„Pentru că SeeDB este ieftin, rapid, uşor şi sigur de utilizat şi nu necesită echipament spe-cial, se va dovedi util pentru o gamă largă de stu-dii, inclusiv studiul circuitelor neuronale în probele umane”, explică autorii.

(Sursa: Riken Center for Developmental Biology)

A nu este complet, atunci fiind înlăturate cu instrumente, la spital, ca de obicei.

Spre deosebire de mulajele de gips de până acum, noile materiale utilizate pot fi reciclate.

„În momentul de faţă, imprimarea 3D a gipsului durează aproximativ trei ore, în timp ce la mulajele poliamidice este de la trei la nouă minute, dar necesită 24-72 de ore pentru a fi pe deplin stabile”, spune designerul.

„Odată cu îmbunătăţirea imprimării 3D, am putea vedea o reducere mare a timpului necesar pentru imprimare în viitor.”

El a lucrat la proiect cu departamentul de ortopedie de la Victoria University şi este acum în căutare de sprijin material pentru a dezvolta ideea mai departe.

(Sursa: Victoria University of Wellington)

O nouă tehnică pentru ţesuturi transparente

4

Ana BARBU

Sorina RADU

Page 5: iKnife - medro.roşi biochimie la Duke University, care a ajutat dezvoltarea sondei. El şi colaboratorii săi descriu sondele din nanotuburi de carbon în ediţia din 19 iunie a publicaţiei

IULIE 2013

să fie activate”, a observat Richards. „Există căi de limbaj, care sunt

foarte bine cunoscute. Apoi, există alte căi motrice, care permit să se mişte mâinile. Dar, înţelegerea modului în care se conectează totul la mână şi la mişcare este încă în curs”

În afară de tulburările de învăţare, pixul ieftin şi pad-ul i-ar mai putea ajuta pe cercetători la studiul bolilor la adulţi, în special condiţiile care cauzează probleme de control al motricităţii, cum ar fi scleroza multiplă, accidentul vascular cerebral şi boala Parkinson.

„Există mai multe boli în care nu-ţi poţi mişca lin mâna sau eşti complet paralizat”, a spus Richards.

„Frumuseţea constă în faptul că totul este înregistrat cu fiecare mişcare a pixului pe pad, iar noul dispozitiv ne-ar ajuta să studiem aceste boli neurologice.“

Lucrarea a fost susţinută de un grant de la National Institutes of Health.

Alţi colaboratori UW la proiectul pentru dezvoltare umană şi dizabilitate sunt Peter Boord, Mary Askren şi Virginia Berninger.

(Sursa: University of Washington)

SE

NZ

OR

Ientru mai puţin de 100$, cercetătorii de la University of Washington au proiectat un bloc

de desen legat la calculator, care-i ajută să vadă în creierul copiilor cu dizabilităţi în timp ce învaţă să scrie şi să citească.

Dispozitivul şi cercetarea utilizate pentru a studia tiparele cerebrale ale copiilor au fost prezentate la 18 iunie, la reuniunea Organization for Human Brain Mapping, în Seattle.

O comunicare care descrie instrumentul, dezvoltat de Centrul UW pentru dezvoltare umană şi dizabilitate, a fost publicată primăvara aceasta în „Sensors”.

„Cercetătorii au nevoie de un instrument care să le permită să vadă, în timp real, ce se întâmplă în creierul unei persoane cu dizabilităţi care scrie, în timp ce este scanat”, a declarat Thomas Lewis, directorul laboratorului de instrumente pentru dezvoltare, al centrului.

„Ştiam că fibra optică era un instrument adecvat. Întrebarea a fost: cum se poate utiliza un dispozitiv de fibră optică pentru a urmări scrisul de mână?”

Pentru a crea sistemul, Lewis şi colegii săi ingineri Frederick Reitz şi Kelvin Wu au golit un pix de sistemul mecanic şi au introdus în tub două fibre optice care se conectează la o „cutie cu lumină”, într-o cameră de control adiacentă, unde se înregistrează mişcarea stiloului.

Ei au creat, de asemenea, un bloc de lemn simplu care conţine o foaie de hârtie tipărită cu variaţii continue de culoare.

Stiloul şi blocul de desen permit cercetătorilor să înregistreze scrisul de mână în timpul efectuării imagisticii prin rezonanţă magnetică funcţională (fMRI), pentru a evalua în acelaşi timp comportamentul şi funcţionarea creierului.

Alţi cercetători au dezvoltat dispozitive de scriere compatibile cu fMRI, dar „cred că fac ceva similar pentru o zecime din cost”, a spus Reitz, referindu-se la sistemul UW.

Prin utilizarea consumabilelor deja găsite în cele mai multe laboratoare (cum ar fi un calculator), restul consumabilelor – stilou, fibră

optică, bloc din lemn şi hârtie tipărită – costă mai puţin de 100 $. Aparatul se conectează la un calculator cu software care înregistrează fiecare aspect al scrisului de mână, de la caligrafie şi până la viteza scrisului, ezitări şi întreruperi.

Înţelegerea modului în care aceste modele fizice se corelează cu modelele creierului unui copil îi poate ajuta pe cercetători să înţeleagă conexiunile neuronale implicate.

Cercetătorii au studiat copii între 11 şi 14 ani, cu dislexie sau cu disgrafie, tulburări ale scrierii de mână şi ale procesării scrisului, precum şi copii fără dizabilităţi de învăţare.

Subiecţii s-au uitat la instrucţiunile afişate pe un ecran, în timp aveau capetele în interiorul scanerului fMRI.

Fiecare a avut pixul şi padul pe un burete, în poală.

Subiecţii au primit „calupuri” de patru minute de citire şi scriere.

Apoi, li s-a cerut doar să se gândească la scrierea unui eseu (au scris eseul mai târziu, când nu utilizau fMRI).

Doar gândirea despre scris a oferit multe dintre răspunsurile creierului la scrierea efectivă.

„Dacă îţi imaginezi scrierea unei scrisori, o parte a creierului se <aprinde> ca şi cum ai scrie scrisoarea”, a declarat Todd Richards, profesor de radiologie şi investigator principal al UW Integrated Brain Imaging Center.

„Când te imaginezi scriind, e aproape ca şi cum ai scrie de fapt, minus problemele de mişcare.”

Richards şi echipa lui sunt doar la începutul analizării datelor pe care le-au colectat de la circa trei duzini de subiecţi, dar ele au relevat deja unele rezultate surprinzătoare.

„Există anumite centre şi căi neuronale la care nu ne-am aşteptat

Ana BARBU

P

Stilou din fibră optică pentru a vedea în creierul copiilor cu dizabilităţi de învăţare

5

Page 6: iKnife - medro.roşi biochimie la Duke University, care a ajutat dezvoltarea sondei. El şi colaboratorii săi descriu sondele din nanotuburi de carbon în ediţia din 19 iunie a publicaţiei

IULIE 2013

NE

UR

OL

OG

IE

n profesor cercetător de la New Jersey Institute of Technology (NJIT), cunoscut pentru munca

sa de ultimă oră cu nanotuburi de carbon, supraveghează fabricarea unui prototip de laborator-pe-un-cip, care ar permite, într-o zi, unui medic să detecteze boala sau un virus într-o singură picătură de lichid, inclusiv sânge.

Lucrarea „Nano-bioprobe scalabile cu rezoluţie sub-celulară, pentru detectarea celulelor”, care s-a publicat în „Biosensors and Bioelectronics”, la 15 iulie 2013, descrie modul în care profesorii cercetători de la NJIT Reginald Farrow şi Alokik Kanwal, fostul său coleg post-doctoral, împreună cu echipa lor au creat un dispozitiv pe bază de nanotuburi de carbon pentru a detecta non-invaziv şi rapid celule individuale mobile, cu potenţialul de a menţine un grad ridicat al rezoluţiei spaţiale.

„Folosind senzori, am creat un dispozitiv care va permite personalului medical să pună o picătură de lichid în zona activă a dispozitivului şi să măsoare proprietăţile electrice ale celulelor”, a spus Farrow, care a primit cea mai înaltă distincţie oferită de NJIT, Premiul şi Medalia de Excelenţă în Cercetare.

„Deşi nu suntem nici pe departe singurii care ne ocupăm de acest subiect, ceea ce noi considerăm unic ca realizare sunt: modul în care măsurăm proprietăţile electrice sau modelele de celule şi modul în care aceste proprietăţi diferă între tipurile de celule.”

În articol, cercetătorii NJIT au evaluat trei tipuri diferite de celule, folosind trei sonde electrice diferite.

„A fost un studiu explorator şi nu vrem să spunem că avem o semnătură”, a adăugat Reginald Farrow.

„Ceea ce susţinem, însă, este faptul că aceste celule diferă în funcţie de proprietăţile lor electrice. Cu toate acestea, deşi ştim deja că distribuţia sarcinilor electrice în celulele sănătoase se schimbă semnificativ atunci când acestea se îmbolnăvesc, stabilirea unei semnături va mai lua timp”.

Cercetarea echipei de la NJIT a fost finanţată iniţial de armată, ca un mijloc de a identifica agenţi biologici utilizabili în război.

Reginald Farrow consideră, însă, că utilizarea dispozitivului poate merge mult mai departe şi că are potenţialul de a detecta virusuri, bacterii şi chiar cancer.

UCristina SORESCU

Spectroscopia de

6

Nouă tehnică de imagistică pentru cercetarea sclerozei multiple

Cercetătorii de la Univer-sity of British Columbia (UBC) au dezvoltat o nouă tehnică de imagistică prin rezonanţă magnetică (IRM) care detectează semnele de scleroză multiplă în detalii mai fine decât oricând înainte – oferind un instrument mai puternic pentru evaluarea unor noi tratamente.

Tehnica analizează frecvenţa undelor electromagnetice col-ectate de un scanner IRM, în loc de mărimea acestor valuri. Deşi analiza numărului de unde pe secundă a fost mult timp considerată un mod mult mai sensibil de a detecta schimbările intervenite în structura ţesutului, matematica necesară pen-tru a crea imagini utilizabile s-a dovedit descurajatoare.

Scleroza multiplă (SM) apare atunci când celulele imunitare al unei persoane atacă izolaţia de protecţie – mielina – care înconjoară fibrele nervoase. Distrugerea mielinei afectează semnalele electrice transmise între neuroni, ceea ce cauzează o serie de simptome, incluzând senzaţie de amorţeală sau slăbiciune, pierderea vederii, tremurături, ameţeli şi oboseală.

Profesorul de radiologie Al-exander Rauscher şi mastaran-dul Vanessa Wiggermann, de la UBC MRI Research Center, au analizat frecvenţa scanărilor IRM ale creierului. Împreună cu prof. dr. Anthony Traboulsee,

specialist în neurologie şi direc-tor al UBS Hospital MS Clinic, au aplicat metoda lor unui număr de 20 pacienţi cu SM, care au fost scanaţi o dată pe lună, timp de şase luni, atât cu IRM convenţională, cât şi cu noua metodă bazată pe frecvenţa un-delor.

Odată ce, în scanările IRM convenţionale, au apărut cicatrice în mielină – leziuni – Rauscher şi colegii săi s-au întors la imaginile anterioare bazate pe frecvenţă ale acelor pacienţi.

Privind în zone precise ale acestor leziuni, au constatat schimbări de frecvenţă – care indică leziuni tisulare – cu cel puţin două luni înainte de orice semn de deteriorare apărut pe scanările convenţionale. Rezultatele au fost publicate în ediţia din 12 iunie a revistei „Neurology”.

„Această tehnică distinge diferenţele subtile în dezvoltarea leziunilor SM de-a lungul timpului”, subliniază Alexander Rauscher. „Pentru că noua tehnică este mult mai sensibilă la modificările lezi-unilor, cercetătorii ar putea folosi studii mult mai restrânse, pentru a determina dacă un tratament – cum ar fi un nou medicament – încetineşte sau chiar stopează deteriorarea mielinei.”

(Sursa: University of British Columbia)

Ioana OLTEANU

Page 7: iKnife - medro.roşi biochimie la Duke University, care a ajutat dezvoltarea sondei. El şi colaboratorii săi descriu sondele din nanotuburi de carbon în ediţia din 19 iunie a publicaţiei

IULIE 2013

LA

BO

RA

TO

R-P

E-U

N-C

IP

De asemenea, într-o zi, dispozitivul ar putea inclusiv evalua starea celulelor sănătoase, precum neuronii.

Din 2010, au fost acordate pentru acest aparat trei brevete americane: „Metodă de formare tranzistorului vertical cu efect de câmp, cu nanotuburi,”, 7736979 (2010); „Dispozitiv cu nanotuburi şi metoda de fabricare” 7964143 (2011); „Dispozitiv cu nanotuburi şi metoda de fabricare” 8257566 (2012). Au mai fost depuse şi alte cereri de brevete.

Dispozitivul dezvoltat de echipa de la NJIT utilizează ca procedură de fabricare tehnologiile standard pentru semiconductoare complementare din oxid metalic (CMOS), care-i permit să fie uşor scalabil (până la câţiva nanometri).

Nanotuburile sunt depuse folosind electroforeza după fabricare, în scopul menţinerii compatibilităţii CMOS. Dispozitivele sunt distanţate la şase microni, fiind de aceeaşi mărime sau mai mici decât o singură celulă.

Pentru a demonstra capacitatea

dispozitivului de a detecta celule, cercetătorii au efectuat spectroscopie de impedanţă pe celule mobile embrionare umane renale (HEK), neuroni de şoareci şi celule de drojdie.

Măsurătorile au fost efectuate cu şi fără celule şi cu şi fără nanotuburi. Nanotuburile s-au dovedit cruciale pentru a detecta cu succes prezenţa celulelor.

Nanotuburile de carbon sunt structuri foarte puternice, conductoare electric, cu diametrul de un singur nanometru. Acesta este o miliardime dintr-un metru, sau aproximativ zece atomi de hidrogen în şir.

Descoperirea lui Farrow este o metodă controlată pentru lipirea fermă a unuia din aceste fire cristaline electrice, submicroscopice, într-o locaţie specifică pe un substrat.

Metoda sa introduce, de asemenea, opţiunea de a lipi simultan milioane de nanotuburi şi de a fabrica eficient mai multe dispozitive în acelaşi timp.

Capacitatea de a poziţiona nanotuburi de carbon unice, care au proprietăţi specifice, deschide drumul unor progrese viitoare semnificative.

Alte posibilităţi includ un pancreas artificial, circuite electronice tridimensionale şi celule de alimentare cu carburant la scară nanometrică, având o densitate de neegalat a energiei.

Reginald Farrow, care şi-a obţinut doctoratul la Stevens Institute of Technology, a publicat peste 60 de lucrări în jurnale şi la conferinţe, i-au fost acordate 11 brevete, dintre care 4 în timp ce era la NJIT şi a susţinut 14 prelegeri invitate.

US Defense Advanced Research Projects Agency, National Institutes of Health, US Army’s Armament Research, Development and Engineering US Defense Advanced Center au sprijinit lucrările de cercetare.

(Sursa: New Jersey Institute of Technology)

impedanţă ajută la identificarea tipurilor de celule

Un titlu impresionant a atras atenţia cititorilor „Science” la 19 iulie: „Surgical iKnife can identify cancerous tissue in three seconds”. Până la acest dispozitiv performant, dezvoltat de cercetătorii de la Imperial College London, obţinerea informaţiilor despre structura ţesuturilor incizate necesita 30 de minute!

Revista „Science Translational Medicine” publică o prezentare a bisturiului inteligent iKnife care vaporizează ţesutul pe care îl taie. Un spectrometru de masă, conectat la bisturiul electric decriptează în circa trei secunde compoziţia ţesuturilor decupate, comparându-le cu o bază de date de referinţă, conţinând caracteristicile ţesuturilor maligne (provenite din tumori cerebrale, mamare, pulmonare, ale colonului, ficatului,

esofagului ş.a.) sau nemaligne, stabilind, în funcţie de prezenţa sau absenţa metaboliţilor, în concentraţii specifice, natura patogenă sau nu a ţesutului.

„În chirurgia cancerului, chirurgul doreşte să taie cât mai puţin ţesut sănătos, dar să fie sigur că a îndepărtat tot cancerul”, subliniază Lord Darzi, coautor al tehnologiei. În cadrul studiului, testele realizate în blocul operator, în timp real, au demonstrat că iKnife a identificat 302 probe de ţesut colectat de la pacienţi operaţi de cancer, cu o rată de succes de 100%!

„Rezultatele demonstrează în mod evident că bisturiul inteligent poate fi aplicat în procedurile chirurgicale”, conchide dr. Zoltan Takats, de la Imperial

Bisturiul care distinge celulele maligne de cele sănătoase

7

College. „Credem în potenţialul iKnife de a reduce rata recurenţei tumorilor şi a oferi pacienţilor mai multă supravieţuire.”

Potrivit Reuters, prototipul bisturiului costă circa 200.000 lire, dar autorii spun că preţul ar putea scădea. Aparatul va putea fi omologat în 2-3 ani. (I.O.)

Page 8: iKnife - medro.roşi biochimie la Duke University, care a ajutat dezvoltarea sondei. El şi colaboratorii săi descriu sondele din nanotuburi de carbon în ediţia din 19 iunie a publicaţiei

IULIE 2013

Page 9: iKnife - medro.roşi biochimie la Duke University, care a ajutat dezvoltarea sondei. El şi colaboratorii săi descriu sondele din nanotuburi de carbon în ediţia din 19 iunie a publicaţiei

DIA

BE

TO

LO

GIE

acienţii cu diabet zaharat îşi primesc de multe ori diagnosticul, după o serie de teste legate de

glucoza din sânge, efectuate în spital şi, apoi, trebuie să-şi monitorizeze starea zi de zi, prin metode costisitoare, invazive.

Dar dacă diabetul ar putea fi diagnosticat şi monitorizat prin intermediul unor metode mai ieftine, neinvazive?

Chimiştii de la University of Pittsburgh au demonstrat o tehnologie bazată pe senzori care ar putea simplifica semnificativ diagnosticul şi monitorizarea diabetului zaharat prin simpla analiză a respiraţiei. Descoperirile lor au fost publicate în ultimul număr al „Journal of American Chemical Society” (JACS).

Chiar înainte de efectuarea testelor de sânge, persoanele cu diabet zaharat recunosc de multe ori simptomele condiţiei lor prin mirosul caracteristic de acetonă al propriei respiraţii, miros care se intensifică semnificativ odată cu creşterea nivelurilor glucozei din sânge.

Echipa de la Pittsburgh a fost interesată de acest biomarker ca un posibil instrument de diagnostic.

„Odată ce pacienţii sunt diagnosticaţi cu diabet zaharat, ei trebuie să-şi monitorizeze starea pentru tot restul vieţii”, a subliniat profesorul asociat Alexander Star, de la Pittsburgh, specialist în chimie, investigator principal al proiectului.

„Dispozitivele de monitorizare actuale se bazează în principal pe analiza glucozei din sânge, astfel încât dezvoltarea unor dispozitive alternative neinvazive, ieftine şi uşor de utilizat, care oferă analiza respiraţiei ar putea schimba

complet paradigma automonitorizării diabetului zaharat.”

Împreună cu colegii săi, cercetătorul fizician Dan Sorescu, de la National Energy Technology Laboratory, şi masterandul Mengning Ding, de la University of Pittsburgh, au folosit ceea ce se numeşte o „abordare sol-gel”, o metodă care utilizează molecule mici (de multe ori la scară nano) pentru a produce materiale solide.

Echipa a combinat dioxid de titan – un compus anorganic utilizat pe scară largă în produsele pentru îngrijire corporală, precum machiajul – cu nanotuburi de carbon, care au acţionat precum nişte „frigărui” pentru a ţine particulele împreună.

Nanotuburile au fost folosite deoarece sunt mai tari decât oţelul şi mai mici decât orice element electronic bazat pe siliciu.

Această metodă, pe care cercetătorii o numesc în glumă „dioxid de titan pe un băţ”, a combinat în mod eficient proprietăţile electrice ale nanotuburilor cu puterile luminoase ale dioxidului de titan.

Ei au creat, apoi, dispozitivul-senzor utilizând aceste materiale ca pe un semiconductor electric, măsurându-i

rezistenţa electrică (semnalul senzorului). Cercetătorii au descoperit că senzorul poate fi activat cu lumină pentru a produce o sarcină electrică.

Aceasta a determinat „gătirea” „frigăruilor”, în senzor, sub lumina ultravioletă, pentru a măsura vaporii de acetonă din respiraţia pacienţilor – care au fost la niveluri mai mici decât sensibilităţile raportate anterior.

„Măsurătorile noastre au capacităţi excelente de detectare”, a spus Star. „Dacă ar putea fi dezvoltat un astfel de senzor şi comercializat, s-ar putea transforma modul în care pacienţii cu diabet zaharat îşi monitorizează nivelul glucozei din sânge.”

Echipa lucrează în prezent la un prototip de senzor, pe care plănuieşte să-l testeze în curând pe probe respiratorii umane.

Lucrarea, „Transfer de sarcină fotoindus şi sensibilitatea la acetonă a unor hibrizi de nanotuburi de carbon cu un singur perete – dioxid de titan” a fost publicată pentru prima dată în JACS la 5 iunie.

Cercetarea a fost realizată cu sprijinul National Energy Technology Laboratory.

(Sursa: University of Pittsburgh)

PCristina SORESCU

pentru următoarea generaţie a testului de glucoză

9IULIE 2013

Page 10: iKnife - medro.roşi biochimie la Duke University, care a ajutat dezvoltarea sondei. El şi colaboratorii săi descriu sondele din nanotuburi de carbon în ediţia din 19 iunie a publicaţiei

IULIE 2013

Page 11: iKnife - medro.roşi biochimie la Duke University, care a ajutat dezvoltarea sondei. El şi colaboratorii săi descriu sondele din nanotuburi de carbon în ediţia din 19 iunie a publicaţiei

IULIE 2013

Second Sight Medical Products, au obţinut aprobarea FDA pentru dispozitiv la începutul acestui an.

Considerând miraculoasă această realizare, oftalmologul şi fizicianul Daniel Palanker, de la Stanford University, credea că există loc pentru îmbunătăţiri.

Ochiul protetic Second Sight este legat fizic prin cablu de ochelarii video, şi 30 la sută din pacienţi raportează complicaţii legate de implant.

În plus, senzorii microcipului sunt plasaţi pe suprafaţa retinei, în loc de a fi implantaţi în interiorul ţesutului, unde pot interacţiona direct cu neuronii. Autorii susţin că aceasta poate duce la semnale nervoase spontane nedorite.

Pentru a remedia aceste deficienţe ale implanturilor bionice, Daniel Palanker şi colegii săi au dezvoltat un microcip solar care ar putea fi introdus în straturile sub-retiniene ale ochiului.

Acest dispozitiv a fost plasat adiacent la neuronii care trimit informaţii vizuale la creier – care par să stimuleze un tipar mai „natural” al activităţii neuronale.

Retina lor protetică este fără fir, astfel încât setul special de ochelari video

transmite imaginile direct în microcip. În acest studiu, echipa lui Daniel

Palanker, de la Hansen Experimental Physics Laboratory, a plasat această a doua generaţie de implanturi în retină de şobolani, cu sau fără degenerescenţă maculară.

Cercetătorii au descoperit că noile retine bionice ar putea transmite imagini în mintea şobolanilor, care a fost observată măsurând activitatea în centrele vizuale ale creierului rozătoarelor.

La şobolanii cu boli de ochi care au primit aceste implanturi retiniene, activitatea creierului a revenit la normal.

Noua tehnologie care este încă în fazele incipiente, ar putea avea mai multe avantaje faţă de protezele retiniene mai vechi.

În primul rând, intervenţia chirurgicală este mai puţin complexă şi nu necesită adăugarea permanentă de circuite la cap şi faţă. De asemenea, cercetătorii au echipat implantul cu o rezoluţie mai bună, care ar putea oferi pacientului în viitor o arie vizuală mai largă.

(Sursa: Stanford University)

TE

HN

OL

OG

IE B

ION

ICĂ

Cristina SORESCU

ercetătorii de la Stanford University au dezvoltat un implant de retină alimentat cu energie solară, care

ar putea fi folosit într-o zi pentru a corecta orbirea. Într-un studiu publicat în „Nature Communications”, ei arată că implantul poate trimite semnale vizuale la creierul de şobolan.

La copii, cele mai frecvente cauze de orbire moştenită sunt boli ale retinei.

La celălalt capăt al spectrului de vârstă, degenerescenţa maculară a retinei afectează aproape două milioane de adulţi în vârstă din SUA.

Implanturile de retină artificială nu sunt o dezvoltare nouă. Un exemplu este cel al Barbarei Campbell, care a primit unul din primele implanturi retiniene artificiale în anul 2009. Un microcip special a fost introdus în retină, poziţionat în partea din spate a ochiului.

Dispozitivul minuscul cu fir, pentru ochelari cu cameră video, traduce imagini vizuale în semnale electrice care pot fi recepţionate de neuroni din ochi.

Dezvoltatorii acestui ochi bionic,

C

Implanturi retiniene foto-alimentate

11

Este posibil ca persoanele suferinde de forma avansată a diabetului de tip 2 – cel mai răspândit – să aibă acces la un tratament hormonal inedit. La persoanele bolnave, celulele beta din pancreas sunt incapabile să fabrice cantităţi suficiente de insulină pentru a controla nivelurile foarte crescute ale zahărului din sânge.

În cele din urmă, pancreasul sfârşeşte prin a se epuiza şi numărul celulelor beta se diminuează. În prezent, tratamentul constă în a suplini lipsa insulinei prin injecţii cotidiene repetate cu acest hormon.

Acum, este testată pe şoareci o

alternativă originală: cercetătorul Peng Yi şi colegii săi de la Harvard University au utilizat pentru aceasta puterea betatrofinei, un hormon identificat la om, care se dovedeşte capabil să relanseze proliferarea celulelor beta.

La rozător, producţia de betatrofină a putut fi astfel stimulată crescând activitatea genei acesteia şi proliferarea celulelor beta s-a multiplicat sensibil. În opt zile, nivelul insulinei rozătoarelor supuse la acest tratament s-a dublat în raport cu cel al altor şoareci.

Cercetătorii se aşteaptă la organizarea de studii clinice de

acum în trei-cinci ani. În acelaşi timp, ei speră să demonstreze că betatrofina poate inclusiv să încetinească evoluţia diabetului de tip 1, cauzat de distrugerea celulelor beta de către sistemul imunitar. (S.R.)

Un nou hormon va trata diabetul

Page 12: iKnife - medro.roşi biochimie la Duke University, care a ajutat dezvoltarea sondei. El şi colaboratorii săi descriu sondele din nanotuburi de carbon în ediţia din 19 iunie a publicaţiei

IULIE 2013

Page 13: iKnife - medro.roşi biochimie la Duke University, care a ajutat dezvoltarea sondei. El şi colaboratorii săi descriu sondele din nanotuburi de carbon în ediţia din 19 iunie a publicaţiei

IULIE 2013

entilele de contact corectează vederea multor oameni, dar nu fac nimic pentru a îmbunătăţi vederea neclară a celor care

suferă de degenerescenţă maculară legată de vârstă (AMD), principala cauză de orbire în rândul adulţilor în vârstă din lumea occidentală.

Aceasta pentru că simpla corectare a focalizării ochiului nu poate restaura vederea centrală pierdută de o retină afectată de AMD.

Acum, o echipă de cercetători din SUA şi Elveţia, finanţată de Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), şi condusă de profesorul Joseph Ford, de la University of California, San Diego, a creat o lentilă de contact telescopică, subţire, care poate comuta între vederea normală şi cea mărită.

Perfecţionat, sistemul ar putea oferi pacienţilor suferind de AMD un mod relativ discret de a-şi spori vederea.

Echipa a raportat luna aceasta despre activitatea ei în revista Optics Express, editată de Optical Society (OSA).

„Ajutoare vizuale” amplifică lumina primită de pacienţii cu AMD răspândind lumina în părţile nedeteriorate ale retinei. Aceste lupe optice pot asista pacienţii la o varietate importantă de sarcini de zi cu zi, precum lectură, identificarea feţelor persoanelor întâlnite, auto-îngrijire.

Dar aceste ajutoare nu au câştigat acceptare pe scară largă, deoarece ele utilizează fie telescoape voluminoase montate pe ochelari, care interferează cu interacţiunile sociale, fie micro-telescoape care necesită intervenţie chirurgicală de implantare în ochiul pacientului.

„Pentru ca un ajutor vizual să fie acceptat, trebuie să fie extrem de

convenabil şi discret”, observă co-autorul Eric Tremblay de la École Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL), Elveţia.

O lentilă de contact este un „compromis atractiv” între telescoapele montate pe cap şi micro-telescopul implantat chirurgical, explică Tremblay.

Noul sistem de lentile dezvoltat de echipa lui Ford utilizează suprafeţe de oglindă asamblate compact pentru a realiza un telescop integrat într-o lentilă de contact cu o grosime de numai un milimetru.

Obiectivul are o modalitate dublă: centrul lentilei asigură vederea normală, în timp ce telescopul inelar situat la periferia lentilei de contact obişnuite amplifică imaginea de 2,8 ori.

Pentru a comuta între vizualizarea mărită şi vederea normală, utilizatorii ar purta o pereche de ochelari cu cristale lichide, făcuţi iniţial pentru vizualizarea la televizoare 3-D.

Aceşti ochelari blochează selectiv, fie partea de mărire a lentilelor de contact fie centrul de vizualizare normală.

Cristalele lichide din ochelari schimbă electric orientarea luminii polarizate, permiţând luminii cu o orientare sau alta să treacă prin ochelari la lentilele de contact.

Echipa şi-a testat designul atât cu modelarea pe calculator cât şi prin fabricarea lentilelor. Ei au creat, de asemenea, un model de ochi de dimensiunile unuia viu, pe care l-au folosit pentru a capta imagini prin sistemul lentile de contact-ochelari.

În construirea lentilei, cercetătorii s-au bazat pe un material robust frecvent utilizat în lentilele de contact timpurii, numit polimetilmetacrilat (PMMA).

Echipa a mizat pe robusteţe, deoarece a avut de plasat caneluri mici în lentilă pentru a corecta culoarea aberantă cauzată de forma lentilei, care este proiectată pentru a se adapta la ochiul uman.

Testele au dovedit calitatea imaginii mărite prin lentilele de contact, care a fost clară şi a oferit un câmp vizual mult mai amplu decât alte metode de mărire, dar sunt încă necesare îmbunătăţiri înainte ca acest sistem, al cărui concept a fost dovedit, să poată fi utilizat de consumatori.

Cercetătorii raportează că şanţurile practicate pentru a corecta culoarea au avut efectul secundar de a degrada calitatea imaginii şi contrastul.

De asemenea, aceste canale au făcut obiectivul nepurtabil, cu excepţia cazului în care este înconjurat de o „fustă” moale, netedă, ceva frecvent utilizat azi cu lentilele de contact rigide.

În cele din urmă, materialul robust folosit, PMMA, nu este ideal pentru lentile de contact, deoarece este gaz-impermeabil şi are limite de uzură la perioade scurte de timp.

Echipa urmăreşte în prezent un design similar, care va fi putea comuta continuare între vederea normală şi cea telescopică, dar care va folosi materiale gaz-permeabile şi va corecta culoarea aberantă fără a fi nevoie de caneluri pentru a curba lumina.

Cercetătorii speră ca proiectul lor să ofere performanţe îmbunătăţite şi o vedere mai bună persoanelor cu degenerescenţă maculară, cel puţin până când va fi disponibil un remediu permanent pentru AMD.

Continuare în pagina următoare

Noi lentile de contact pentru pacienţii cu degenerescenţă maculară

Alina VÂLCEA

L

13

OP

TIC

Ă M

ED

ICA

Page 14: iKnife - medro.roşi biochimie la Duke University, care a ajutat dezvoltarea sondei. El şi colaboratorii săi descriu sondele din nanotuburi de carbon în ediţia din 19 iunie a publicaţiei

IULIE 2013

NA

NO

CH

IRU

RG

IE Microroboţi controlaţi magnetic pentru inter

pre deosebire de roboţii mai mari, microroboţii pentru aplicaţii în orga-

nism sunt prea mici pentru a transporta baterii şi motoare.

Pentru a răspunde acestei provocări, alimentăm şi controlăm roboţi realizaţi din materiale magnetice cu ajutorul câmpurilor magnetice externe.

OctoMag, dezvoltat la Multi-Scale Robotics Lab (MSRL) de la ETH Zurich este un sistem de manipulare magnetică, bazat pe utilizarea unor bobine electromagnetice pentru a ghida wireless microroboţi pentru chirurgie oftalmică.

OctoMag este capabil să genereze forţe magnetice şi cupluri în trei dimensiuni, şi este limitat fizic la o singură emisferă, pentru a permite accesul uşor pentru pacienţi şi medici.

Folosind un prim prototip OctoMag, au fost efectuate experimente ex-vivo, în ochii de porc, pentru a studia sarcinile de navigare necesare pentru

chirurgia retinei. În urma acestor experimente,

a fost construit un sistem de ultimă generaţie, pentru a acomoda capul unui animal mic, permiţând studii in vivo.

Cu acest sistem, au fost efectuate experimente de mobilitate, în care un microrobot cu diametrul de 285 µm (aproximativ de patru ori grosimea unui fir de păr) a fost manevrat fiabil prin ochiul unui iepure, demonstrând fezabilitatea utilizării acestei tehnologii în aplicaţii chirurgicale.

Roboţii sunt capabili să exploreze multe medii care sunt dificil, dacă nu imposibil, de accesat pentru oameni – marginile sistemului solar, planeta Marte, adâncimi interioare de vulcani şi fundul oceanului sunt doar câteva exemple.

Scopul acestor exploratori robotizaţi este de a obţine cunoştinţe despre univers şi de a răspunde la întrebări fundamentale despre natura vieţii pe Pământ.

Recent, micro- şi nanotehnologiile au alimentat o expansiune interesantă a acestui domeniu care permite oamenilor de ştiinţă să folosească roboţi pentru a sonda viaţa la scări mult mai mici.

Sistemele nanorobotice pentru explorarea structurilor celulelor biologice şi strategiile de planificare a mişcării robotice pentru investigarea plierii proteinelor sunt două exemple convingătoare ale cuplării între robotică şi nanotehnologie.

Astfel de eforturi şi altele ca ele ilustrează modul în care mai multe domenii ale ştiinţei şi ingineriei converg rapid pentru a crea o abordare nouă, interdisciplinară pentru cercetare, care promite să revoluţioneze înţelegerea lumii înconjurătoare.

În timp ce mulţi imaginează un viitor în care nanoroboţi inteligenţi navighează de-a lungul trupurilor umane pentru căutarea şi distrugerea bolilor, cercetătorii mai au încă mult de lucru până la realizarea unor astfel de tehnologii avansate.

Cu toate acestea, se fac progrese, iar ultimul deceniu a cunoscut progrese impresionante în fabricaţie, control, precum şi livrarea de energie către mici dispozitive mobile.

MiniMag este un instrument de cercetare pentru studii la scara micro.

Ca o versiune la scară redusă a OctoMag, MiniMag poate fi integrat într-un microscop în

SSorina RADU

14

cu degenerescenţă macularăcontinuare din pagina 15

Această cercetare în curs este finanţată ca parte a unui program mai larg de cercetare al DARPA, numit SCENICC (Soldier Centric Imaging with Computational Cameras).

„Sperăm ca, în viitor, să fie posibil să se soluţioneze miezul problemei, cu tratamente eficiente sau protetică retiniană”, spune Tremblay. „Adevăratul ideal este ca lentilele de mărire să devină inutile. Cu toate acestea, până când vom ajunge acolo, lentilele de contact pot oferi o modalitate de a face AMD ceva mai puţin debilitante.”

(Sursa: University of California San Diego)

Page 15: iKnife - medro.roşi biochimie la Duke University, care a ajutat dezvoltarea sondei. El şi colaboratorii săi descriu sondele din nanotuburi de carbon în ediţia din 19 iunie a publicaţiei

venţii chirurgicale oftalmice minim invazive

mare, în special pentru aplicaţii biomedicale, deşi rămân încă multe provocări în dezvoltarea micro- şi nanoroboţilor care să fie utili pentru societate.

O cerinţă globală pentru realizarea progreselor în acest domeniu este nevoia de a reuni expertiza unei mari varietăţi de ştiinţe şi discipline de inginerie.

Robotica aduce expertiză în planificarea şi controlul mecanismelor cu mai multe grade de libertate în medii incerte.

Nanotehnologia necesită abordări inovatoare pentru fabricarea de maşini la scara nanometrică.

În plus, sunt necesare progrese ale imagisticii biomedicale, cum este cunoaşterea fundamentală în natura dinamicii fluidelor la scări foarte mici.

Profesioniştii din domeniul medical trebuie să fie strâns integraţi în ciclul de dezvoltare şi trebuie consultaţi cu atenţie experţii în dezvoltarea de modele de afaceri şi cei din domeniul proprietăţii intelectuale.

(Sursa: ETH Zurich)

NA

NO

CH

IRU

RG

IE

15IULIE 2013

poziţie verticală sau inversată. Opt bobine electromagnetice

uşor înclinate pot fi poziţionate foarte aproape una de alta, datorită dimensiunii lor mici, şi, prin reducerea spaţiului de lucru magnetic la un centimetru cub, pot furniza acum forţe mult mai mari.

Combinat cu optica de înaltă rezoluţie, sistemul MiniMag permite manipularea celulelor unice şi studii în 3D la nivel tisular.

De la microscară la scara

nanometrică

Când dimensiunea scade la scară nanometrică, manipularea magnetică fără fir devine tot mai dificilă.

Forţa magnetică scade la o rădăcină cubică, deoarece scade cu volumul, şi forţele de antrenare fluidică încep să domine pe parcurs ce forţele de inerţie devin neglijabile.

O bună parte din metodele de înot robotice, care au fost propuse pentru a ajuta mobilitatea la scări relativ mici, se bazează pe mişcări „de piston” şi nu pot fi scalate în jos.

În urmă cu mai mult de trei miliarde de ani, bacteriile au

evoluat o strategie de înot la dimensiuni micrometrice, pe care natura a avut dificultăţi să o îmbunătăţească, şi, în 1973, HC Berg şi RA Anderson au descris pentru prima dată tehnica de înot care foloseşte rotaţia unui flagel elicoidal.

Inspiraţi de această lucrare şi de mişcarea flagelară a bacteriilor, precum Escherichia coli, cercetătorii au dezvoltat recent flagelul bacterian artificial (ABF).

ABF reprezintă prima demonstraţie de înot a unor microroboţi wireless similari ca mărime şi geometrie cu bacteriile flagelate naturale, şi cu mai multe ordine de mărime mai mici decât înotătorii elicoidali artificiali existenţi.

Cu ajutorul nanolitografiei laser 3D, pot fi acum fabricate tablouri de mii de astfel de înotători. O alegere atentă a materialelor permite interac-ţiunea celulară şi etichetarea fluorescentă a dispozitivului ajută la localizarea şi urmărirea lui. Cercetătorii urmăresc aplicaţii precum tratamentul cancerului de sân şi infarctele cerebrale.

Impactul potenţial al acestei tehnologii asupra societăţii este

Page 16: iKnife - medro.roşi biochimie la Duke University, care a ajutat dezvoltarea sondei. El şi colaboratorii săi descriu sondele din nanotuburi de carbon în ediţia din 19 iunie a publicaţiei

IULIE 2013

Page 17: iKnife - medro.roşi biochimie la Duke University, care a ajutat dezvoltarea sondei. El şi colaboratorii săi descriu sondele din nanotuburi de carbon în ediţia din 19 iunie a publicaţiei

IULIE 2013

VIR

US

OL

OG

IE

Vaccin pe bază de nanoparticule de aur, pentru virusul sinciţial respirator

Ana BARBU

17

Cercetătorii americani au dez-voltat o nouă metodă de vaccinare, care foloseşte particule de aur mici pentru a imita un virus şi a transpor-ta proteine specifice pentru celulele imune specializate ale organismului.

Tehnica diferă de abordarea tradiţională, care folosea virusuri moarte sau inactive ca vaccin, şi a fost demonstrată în laborator fo-losind o proteină specifică aflată pe suprafaţa virusului sinciţial respira-tor (RSV).

Rezultatele au fost publicate, la 26 iunie 2013, în jurnalul Nano-technology (IOP Publishing), de o echipă de cercetători de la Vander-bilt University.

RSV este cauza principală a infecţiilor virale ale tractului respira-tor inferior, provocând câteva sute de mii de decese şi aproximativ 65 milioane de infecţii pe an, mai ales la copii şi persoanele în vârstă.

Efectele negative ale RSV sunt produse, în parte, de o proteină specifică, numită proteina F, care acoperă suprafaţa virusului.

Proteina permite virusului să intre în citoplasma celulelor şi determină celulele să rămână împreună, ceea ce face virusul mai greu de eliminat.

Apărarea naturală a organismului împotriva RSV este, prin urmare, îndreptată către proteina F, cu toate acestea, până acum, cercetătorii au avut dificultăţi în a crea un vaccin care să ofere proteina F celulelor imune specializate din organism.

Dacă va avea succes, proteina F ar putea declanşa un răspuns imun

pe care organismul şi-l va putea „aminti”, în cazul în care un subiect va fi infectat cu virusul real.

În acest studiu, cercetătorii au creat nanoparticule de aur extrem de mici, doar de 21 nanometri lăţime şi de 57 nanometri lungime, care au fost aproape exact de aceeaşi formă şi mărime cu virusul real.

Nanoparticulele de aur au fost acoperite cu succes cu proteinele F ale RSV şi s-au legat puternic datorită proprietăţilor fizice şi chi-mice unice ale nanoparticulelor.

Cercetătorii au testat apoi ca-pacitatea nanoparticulelor de aur de a livra proteina F celulelor imune specifice, cunoscute ca celule den-dritice, care au fost separate din probe de sânge prelevate de la adulţi.

Celulele dendritice funcţionează pe post de celule de prelucrare în sistemul imunitar, preluând informaţii importante de la un virus, cum ar fi proteina F, şi prezentân-du-le celulelor care pot îndeplini o acţiune împotriva lor – celulele T sunt doar un exemplu de celule care pot acţiona în acest sens.

Odată ce nanoparticulele aco-perite de proteine F s-au adăugat la o probă de celule dendritice, cercetătorii au analizat proliferarea celulelor T ca substitut pentru un răspuns imun.

Ei au descoperit că pro-teinele acoperite cu nanoparticule determină celulele T să prolifereze semnificativ mai mult, în comparaţie cu cele neacoperite şi doar cu pro-teina F singură.

Aceasta dovedeşte nu numai că acoperirea nanoparticulelor de aur a fost capabilă de imitarea vi-rusului şi stimularea unui răspuns imun, ci a arătat şi că acestea nu au fost toxice pentru celulele umane, oferind avantaje semnificative în ce priveşte siguranţa şi creşterea potenţialului lor ca vaccin uman real.

„Un vaccin pentru RSV, care este cauza majoră de pneumonie virală la copii, este extrem de nece-sar”, a declarat principalul autor al studiului, profesorul James Crowe.

„Acest studiu arată că am dez-voltat metode pentru a include pro-teina F a RSV în particule extrem de mici, şi a o prezenta celulelor sistemului imunitar într-un format care imita fizic virusul. În plus, par-ticulele însele nu sunt infecţioase.”

Datorită versatilităţii nanoparti-culelor de aur, prof. Crowe consideră că utilizarea lor potenţială nu este limitată la RSV.

„Această platformă ar putea fi folosită pentru a dezvolta vaccinuri experimentale practic pentru orice virus, şi, de fapt, pentru alţi microbi mai mari, precum bacteriile şi fungii.

Studiile efectuate au arătat că vaccinurile candidate au stimu-lat celulele imune umane când au interacţionat în laborator. Următorul pas ar fi de a testa dacă vaccinurile lucrează sau nu in vivo”, a continuat profesorul Crowe.

(Sursa: Vanderbilt University)

Page 18: iKnife - medro.roşi biochimie la Duke University, care a ajutat dezvoltarea sondei. El şi colaboratorii săi descriu sondele din nanotuburi de carbon în ediţia din 19 iunie a publicaţiei

IULIE 2013

DE

RM

AT

OL

OG

IE

ercetătorii de la Institute for Research in Biomedicine (IRB) Barcelona şi Institute for

Bioengineering of Catalonia (IBEC) au creat molecule foto-comutabile pentru a controla interacţiunile proteină-proteină, de la distanţă şi non-invaziv.

Aceste instrumente vor servi ca prototip pentru dezvoltarea unor medicamente foto-comutabile, ale căror efecte s-ar limita la o anumită regiune şi durată de acţiune, reducând astfel efectele adverse asupra altor regiuni ale organismului celui tratat.

Lucrarea, anunţată pe coperta „Angewandte Chemie” ca „Articol foarte important”, reprezintă evidenţierea rezultatelor proiectului european „OpticalBullet”, finanţat de Consiliul European pentru Cercetare (CEC), şi la care au participat cele două institute.

Cooperarea ştiinţifică între chimişti, biotehnologi şi fizicieni de la diverse institute catalane, condusă de Pau Gorostiza, de la Institute for Bioengineering of Catalonia, şi Ernest Giralt, de la Institute for Research in Biomedicine, a condus la o descoperire care va favoriza dezvoltarea de molecule terapeutice reglementate de lumină.

Descoperirea publicată în revista germană de referinţă „Angewandte Chemie” a primit recunoaşterea de „articol foarte important”, distincţie pe care numai 5% din articolele acceptate o câştigă. Mai mult decât atât, lucrarea va fi semnalată pe coperta numărului din luna iulie.

Laboratorul „Proiectarea, sinteza şi structura peptidelor şi proteinelor”, condus de prof. dr. Ernest Giralt, de la Universitatea din Barcelona şi titularul Spanish National Research Prize, în 2011, a sintetizat două peptide (proteine mici), care, iradiate cu lumină, îşi schimbă forma, permiţând astfel prevenirea sau interacţiunea specifică proteină-proteină.

Asocierea acestor două proteine este necesară pentru endocitoză, un proces prin care celulele permit moleculelor să traverseze membrana celulară şi să intre.

Italianca Laura Nevola, cercetător post-doctoral care lucrează în laboratorul dr. Giralt, şi Andrés Martín-

CAna BARBU

Controlul peptidelor

18

Tomografie mecanică cu nanoace

Cercetătorii de la Departamentele de Fizică şi Farmacie şi Farmacologie ale University of Bath au folosit o tehnică de pionierat de a studia proprietăţile şi caracteristicile pielii umane, în teste, care ar putea deschide calea unor noi tratamente pentru dermatită, ca şi pentru o mai bună înţelegere a procesului de îmbătrânire a pielii.

Folosind un minuscul „nanoac”, în asociere cu microscopia de forţă atomică (AFM), cercetătorii studiază structura stratului superior subţire al pielii umane, cunoscut sub numele de stratul cornos, în primele teste de acest gen.

Acest strat al epidermei, având de obicei între o zecime şi o cincime din grosimea unei foi de hârtie (0,01-0,02 mm), formează bariera care ţine apa în interiorul corpurilor şi micro-bii afară. Cercetătorii dermatologi au fost mult timp interesaţi de modul în care stratul cornos reuşeşte această performanţă menţinându-şi în acelaşi timp puterea remarcabilă şi elasticitatea.

Într-un nou articol, publicat în „Journal of Investigative Dermatol-ogy”, dr. James Beard, dr. Sergey Gordeev şi profesorul Richard Guy demonstrează capacitatea nanoace-lor de a proba corneocitele – tipul de celule predominant în epiderma pielii.

Până la această nouă cercetare de la Bath, a fost posibilă examinarea cu AFM doar a suprafeţei corneocitei. Acum, datorită noii tehnologii a nanoacelor, cercetătorii pot proiecta o lumină asupra structurii celulare adânc sub suprafaţă.

Prin examinarea unor probe din stratul cornos de la voluntari umani, a

fost demonstrată o diferenţă clară între stratul mai moale, exterior al corneocitei, şi o structură mult mai rigidă, internă.

Nanoacele permit o scanare mecanică (aşa-numita tomografie) a ce-lulelor pielii, oferind posibilitatea de a de-tecta schimbările structurale şi biomeca-nice generate, de exemplu, de factorii de mediu, îmbătrânire sau boli de piele.

Dr. Sergey Gordeev, de la departa-mentul de fizică al Universităţii, explică: „AFM ne permite să luăm probe de imag-ine prin atingerea lor cu o sondă ascuţită – în esenţă în acelaşi mod în care oamenii orbi obţin informaţii cu privire la forma unui obiect prin atingerea lui cu degetele.

Dar până acum am fost capabili să fo-losim această tehnică doar pentru a studia proprietăţile de suprafaţă ale materialelor. Prin construirea unui nanoac la vârful unei sonde de AFM ne-am extins capacităţile de imagistică în a treia dimensiune. Cre-dem cu tărie că această nouă tehnică îşi va găsi multe aplicaţii interesante în biolo-gie, nanomedicină şi ştiinţa materialelor”.

Profesorul Richard Guy, de la de-partamentul de farmacie şi farmacologie, a adăugat: „o înţelegere mai profundă a biomecanicii funcţiei de barieră a pielii, şi relaţiile dintre acest rol şi proprietăţile fizice ale celulelor pielii umane, poate duce la dezvoltarea de noi produse tera-peutice sau cosmetice pentru a restabili sau a consolida pielea.

De aceasta ar putea beneficia, de exemplu, persoanele cu pielea uscată sau predispuse la eczeme şi, probabil, îmbătrânirea tot mai mare a populaţiei a cărei piele devine progresiv fragilă de-a lungul timpului.”

(Sursa: University of Bath)

Alina VÂLCEA

Page 19: iKnife - medro.roşi biochimie la Duke University, care a ajutat dezvoltarea sondei. El şi colaboratorii săi descriu sondele din nanotuburi de carbon în ediţia din 19 iunie a publicaţiei

IULIE 2013

OP

TO

FA

RM

AC

OL

OG

IE

Quirós, un doctorand din laboratorul dr. Gorostiza, co-autorii studiului, au lucrat patru ani la proiectarea de peptidelor foto-sensibile.

„Peptidele foto-sensibile acţionează ca lumini de trafic şi pot fi făcute să dea o lumină verde sau roşie pentru endocitoza celulei. Ele sunt instrumente puternice pentru biologia celulară”, explică dr. Giralt.

„Aceste molecule ne permit să utilizăm lumina focalizată ca pe o baghetă magică pentru a controla procesele biologice şi pentru a le studia”, adaugă fizicianul Pau Gorostiza, profesor la ICREA şi şef al laboratorului „Nanosonde şi nano-comutatoare”, de la IBEC.

Cercetătorii evidenţiază aplicabilitatea imediată a acestor molecule, spre exemplu, la studiul endocitozei in vitro în celule de cancer – unde acest proces este necontrolat – care ar permite inhibarea selectivă a proliferării acestor celule.

De asemenea, le-ar permite studiul biologiei dezvoltării, în care celulele necesită endocitoză pentru a-şi schimba forma şi funcţia, procese care sunt orchestrate cu mare precizie spaţială şi temporală.

În acest context, peptidele foto-sensibile vor permite manipularea dezvoltării complexe a unui organism multicelular cu ajutorul combinaţiilor luminoase.

„Având în vedere rezultatele, ne ocupăm acum de stabilirea unei reţete generale pentru proiectarea peptidelor inhibitoare foto-comutabile, care pot fi utilizate pentru a manipula alte interacţiuni proteină-proteină în interiorul celulelor prin aplicarea luminii”, explică cercetătorii.

Spre optofarmacologie sau

molecule terapeutice reglementate de lumină

„Această primă descoperire ne va permite să generăm acelaşi tip de peptide pentru aplicaţii chimico-medicale”, spune Ernest Giralt.

Dr. Gorostiza a lansat ideea de a manipula procesele biologice şi farmacologice, prin utilizarea luminii, după ce a petrecut cinci ani la specializare în acest domeniu, la University of California, Berkeley.

Coordonatorul proiectului ERC Starting Grant „OpticalBullet” şi al demonstratorului ERC „Theralight”, ambele implicând colaborare cu laboratorul Giralt, subliniază că „aplicaţiile terapeutice imediate sunt pentru boli ale ţesuturilor superficiale, cum ar fi pielea, retina şi membranele mucoase externe.”

Modificarea proceselor biologice prin intermediul luminii duce la dezvoltarea unor instrumente de ultimă oră în biologie şi medicină şi la deschiderea unor noi domenii de cercetare, precum optofarmacologia şi optogenetica.

Combinaţia medicamentelor cu dispozitive externe pentru controlul luminii poate contribui la dezvoltarea medicinei personalizate, în care tratamentele pot fi adaptate la fiecare pacient, limitând timpul în care sunt tratate regiunile respective şi astfel reducând semnificativ efectele nedorite.

Îmbunătăţirile în domeniul laserilor şi ingineriei chimice

Pentru a lucra la dezvoltarea medicamentelor foto-sensibile, trebuie să îmbunătăţim răspunsul fotochimic

al compuşilor şi să fim capabili să-i stimulăm la lungimi de undă vizibile.

„Iluminarea prelungită cu lumină ultravioletă este toxică pentru celule şi, prin urmare, este o limitare clară, ca şi capacitatea mică de penetrare a ţesuturilor”, explică Giralt.

În plus, foto-conversia compuşilor trebuie îmbunătăţită la fel ca stabilitatea lor în întuneric, pentru a-i putea „proiecta, la cerere, în aşa fel încât ei să se relaxeze rapid când iradierea se opreşte sau să-şi <amintească> pentru ore sau zile stimularea luminii primite”, adaugă Gorostiza.

Acest studiu a implicat, de asemenea, colaborarea cercetătorilor cu Advanced Digital Microscopy Platform de la IRB Barcelona, care a proiectat un program ad-hoc pentru a putea valida calitativ şi cantitativ efectele peptidelor în interiorul celulelor în timp real.

Similar, în domeniul biologiei, echipa a fost susţinută de grupul dr. Artur Llobet de la IDIBELL.

(Sursa: Institute for Research in Biomedicine Barcelona)

ar putea conduce la medicamente controlate de lumină

19

Page 20: iKnife - medro.roşi biochimie la Duke University, care a ajutat dezvoltarea sondei. El şi colaboratorii săi descriu sondele din nanotuburi de carbon în ediţia din 19 iunie a publicaţiei

IULIE 2013

ON

CO

LO

GIE

TALON DE ABONAMENT DA, doresc ABONAMENT la revistaNume, Prenume

Str.: Nr. Bl. Sc. Ap.

Loc.: Cod: Jud.:

Telefon:

Am plătit . . . . . . . . . . . . . . . . . lei în data de . . . . . . . . . . . . . . . . . cu mandat poştal nr. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . q ordin de plată nr. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . q

pe o perioadăde: 3 luni la preţul de q 12 lei 6 luni la preţul de q 24 lei12 luni la preţul de q 48 leiîncepând cu luna

Dispozitiv care poate preveni repetarea

Alina VÂLCEA

ând este detectată o tumoră de sân, multe femei optează pentru tumorectomie, o intervenţie

chirurgicală concepută pentru a elimina doar ţesutul bolnav, păstrând sânul.

Dar, în timpul acestei proceduri, medicii nu pot afla imediat dacă a fost eliminat tot ţesutul canceros, fără semnele microscopice care să arate dacă au fost lăsate în urmă celule canceroase.

Din cauza acestei întârzieri, una din cinci femei care a avut această opţiune – până la 66.000 de paciente anual, numai în SUA – trebuie să suporte a doua intervenţie chirurgicală care va elimina cancerul rămas.

Aceste intervenţii repetate cresc cheltuielile de asistenţă medicală şi pot produce întârzieri în primirea altor tratamente, precum radiaţiile şi chimioterapia.

Pentru a reduce nevoia acestei a doua intervenţii chirurgicale, patru masteranzi de la Johns Hopkins University au conceput un dispozitiv care permite patologilor să inspecteze rapid ţesutul mamar excizat: în 20 de minute, în timp ce pacienta este încă în

sala de operaţie. Dacă această inspecţie relevă că

tumora nu a fost complet eliminată, ţesutul adiţional poate fi îndepărtat în timpul aceleiaşi operaţii.

Eliminarea necesităţii unei a doua operaţii reduce, de asemenea, o parte din anxietatea suplimentară cu care aceste paciente se confruntă.

Dispozitivul este încă în stadiu de prototip, dar masteranzii spun că scopul lor este de a oferi pacientelor cu cancer de sân aceeaşi rapidă trecere în revistă obişnuită când sunt eliminate tumori din altă parte a corpului.

Tinerii cercetători au învăţat despre dilema celei de a doua intervenţii chirurgicale, observând procedurile medicale în cursul programului din ultimul an de masterat în inginerie biomedicală.

În cadrul acestui program, masteranzii învaţă să proiecteze noi instrumente medicale şi produse care să răspundă nevoilor medicale urgente.

„Am vorbit cu chirurgii oncologi care operează cancer de sân”, aminteşte Hector Neira din Silver Spring, Maryland Hospitals, unul dintre tinerii inventatori. „Ne-au spus că doresc cu disperare un dispozitiv care să le permită eliminarea tumorii în totalitate la prima intervenţie,

astfel încât pacienta să nu fie nevoită să revină pentru a doua intervenţie chirurgicală.”

Până în prezent, sistemul pus la punct de echipa tinerilor cercetători a fost testat pe ţesuturi de origine animală şi pe probe de sân uman, de la o bancă de ţesuturi, dar nu a fost încă folosit la paciente.

Cu toate acestea, pe parcursul anului trecut, proiectul dispozitivului lor şi analizele de piaţă le-au adus premii în bani în valoare de peste 40.000 de dolari.

Cu prilejul recentului Design Day pentru studenţii la inginerie biomedicală de la Johns Hopkins, echipa a primit premiul top People’s Choice.

Şi, deşi toţi inventatorii masteranzi şi-au primit diplomele de master în luna mai, doi au primit finanţare să rămână la Johns Hopkins şi vor continua perfecţionarea proiectului anul viitor.

Deşi sprijinul financiar şi recunoaşterea sunt utile, „nu acesta este scopul nostru final”, a subliniat Anjana Sinha, de la Princeton University, New Jersey, unul dintre tinerii inventatori. „Noi nu facem aceasta pentru bani. Vrem să îmbunătăţim practicile de sănătate şi să ridicăm standardul de îngrijire pentru pacientele cu cancer de sân.”

C

20

Page 21: iKnife - medro.roşi biochimie la Duke University, care a ajutat dezvoltarea sondei. El şi colaboratorii săi descriu sondele din nanotuburi de carbon în ediţia din 19 iunie a publicaţiei

IULIE 2013

ON

CO

LO

GIE

ABONAŢI-VĂ LA REVISTAVeţi putea afla, cu siguranţă, răspuns la întrebările dvs. şi nu veţi pierde nici o informaţie solicitată!

Decupaţi talonul din revistă, completaţi-l şi expediaţi-l, împreună

cu dovada achitării contravalorii abonamentului, pe adresa societăţii:

Str. Rucăr nr. 32,sector 1, București

Plata abonamentului se face în contul firmei MEDRO SRL deschis la Banca Transilvania, sucursala Chibrit RO29BTRL 0480 1202 G339 0801 sau prin mandat poştal în acelaşi cont. Taloanele care nu vor fi însoţite de dovada plăţii NU VOR FI LUATE ÎN CONSIDERARE.

TOATE CHELTUIELILE DE EXPEDIȚIEVOR FI SUPORTATE DE CĂTRE

De ce în cazul lor nu se poate obţine acelaşi tip de rezultate rapide pe care le primesc persoanele cu alte tipuri de cancer? – s-au întrebat cercetătorii.

Când sunt eliminate cele mai multe tumori, cum ar fi cele din ficat, personalul de la patologie poate congela rapid ţesutul şi felia probe subţiri precum foaia de hârtie, pentru examen microscopic.

Dacă patologul observă că celulele canceroase se extind spre marginea exterioară a unei probe, chirurgul recomandă eliminarea unei cantităţi mai mari de ţesut din vecinătatea tumorii.

Dar ţesutul mamar reprezintă o problemă: el are un conţinut ridicat de grăsimi şi nu se congelează bine, iar probele formează goluri şi devin improprii pentru o trecere în revistă rapidă.

În schimb, ţesutul mamar trebuie păstrat şi analizat într-un proces mai îndelungat, care necesită întoarcerea pacientei în sala de operaţie, dacă prima intervenţie pare a fi lăsat în urmă celule canceroase.

Pentru a rezolva această problemă, tinerii masteranzi au optat pentru o soluţie de inginerie.

Patru masteranzi de la Johns Hopkins University au avut Ideea lor cea mai promiţătoare şi practică a fost un dispozitiv care aplică un strat adeziv

ţesutului mamar, înainte de a fi feliat. Filmul menţine ţesutul delicat laolaltă, prevenind deteriorarea probelor pe durata procesului de feliere.

Rezultatul, au menţionat autorii dispozitivului, este o probă care poate fi în mod clar analizată de către un patolog, în 20 de minute de la extragerea ei, eliminând potenţial necesitatea unei a doua operaţii în altă zi.

Sistemul de cost redus include un aplicator reutilizabil şi un film de unică folosinţă, conceput special.

Tinerii cercetători au menţionat că necesitatea produsului lor este semnificativă, întrucât numai în SUA sunt efectuate anual aproximativ 330.000 de tumorectomii.

„Cred că masteranzii au fost incredibil de creativi în dezvoltarea acestui concept, şi se adresează unei nevoi reale în domeniul chirurgiei cancerului de sân”, a declarat prof. Melissa Camp, specialist în chirurgie, de la Johns Hopkins University, care a lucrat cu ei.

„Evaluarea exactă a stării marjei în timpul intervenţiei iniţiale va duce la mai puţine re-intervenţii, iar acest lucru va fi benefic pentru paciente din multe puncte de vedere. Aştept cu nerăbdare continuarea activităţii lor!”

La Johns Hopkins, dispozitivul pentru

tumorectomiilor în cancerul de sânpatologie a fost elaborat sub supravegherea Center for Bioengineering Innovation and Design (CBID) din universitate.

Echipele centrului includ cercetători din cadrul facultăţii, medici şi alte persoane care îi ajută pe tinerii masteranzi să înţeleagă nevoile asistenţei medicale şi îi ghidează să propună soluţii şi, apoi, să

construiască şi să testeze prototipuri. CBID funcţionează în cadrul

Department of Biomedical Engineering, care conlucrează cu specialişti de la şcoala de medicină şi şcoala de inginerie a universităţii.

Împreună cu Neira şi Sinha, la dezvoltarea dispozitivului dedicat delimitării cancerului de sân au mai lucrat tinerii inventatori Qing Xiang Yee, din Singapore, şi Vaishakhi Mayya, din India.

Sinha şi Mayya vor rămâne la Johns Hopkins anul viitor pentru a continua să lucreze la proiect cu David Shin, din Seattle, un alt absolvent al programului de master de la CBID.

Ei vor continua, de asemenea, colaborarea cu consilierii de la şcoala de medicină, Ashley Cimino-Mathews, profesor de patologie chirurgicală, şi James Shin, cercetător specialist în patologie chirurgicală.

Jason Benkoski, cercetător senior, specialist în ştiinţa materialelor, de la Johns Hopkins Applied Physics Laboratory, va fi de consilier tehnic al echipei.

Fundaţia H. Wallace Coulter acordă fonduri pentru continuarea lucrului la proiect şi în acest an.

(Sursa: Johns Hopkins University)

21

Page 22: iKnife - medro.roşi biochimie la Duke University, care a ajutat dezvoltarea sondei. El şi colaboratorii săi descriu sondele din nanotuburi de carbon în ediţia din 19 iunie a publicaţiei

IULIE 2013

AC

CE

NT

Nanotuburi de carbon, pentru înregistrarea activităţii neuronilor in vivo

(Continuare din pagina 3)Cei doi s-au întâlnit în timpul primului

lor an de studiu la Yale, în 1976, au ţinut legătura pe parcursul facultăţii şi au început să se întâlnească pentru a discuta despre cercetarea lor, după ce ambii au venit la Duke University.

Mooney i-a relatat lui Donald despre activitatea lui de înregistrare a semnalelor creierului la cintezele zebră vii şi la şoareci.

Studiul a fost o provocare, a subliniat el, pentru că sondele şi dispozitivele disponibile pentru studii erau mari şi

voluminoase faţă de capul mic de şoarece sau de pasăre.

Cu expertiza lui Donald în domeniul nanotehnologiei şi al roboticii şi a lui Mooney în neurobiologie, cei doi au decis că ar putea lucra împreună pentru a micşora sistemele şi a îmbunătăţi sondele cu nano-materiale.

Pentru a construi sonda, masterandul Inho Yoon şi fizicianul Gleb Finkelstein de la Duke au folosit vârful unui fir de tungsten ascuţit electrochimic ca bază şi l-au extins cu nanotuburi de carbon auto-încurcate cu pereţi multipli pentru a crea o tijă lungă de un milimetru.

Cercetătorii de la North Carolina State University au ascuţit apoi nanotuburile într-un harpon mic cu ajutorul unui fascicul de ioni focalizat.

După aceasta, Yoon a dus nano-harponul în laboratorul lui Mooney şi l-a înfipt în felii de ţesut cerebral de şoarece şi apoi în creierul unor şoareci anesteziaţi.

Rezultatele arată că sonda transmite

semnale creierului, uneori, mai bine decât electrozii de sticlă convenţionali şi este mai puţin probabil să se rupă în ţesut.

Sonda nouă pătrunde şi în neuronii individuali, înregistrând semnalele de la o singură celulă, mai degrabă decât de la cea mai apropiată populaţie a acesteia.

Pe baza rezultatelor, echipa a aplicat pentru un brevet pentru nano-harpon.

Potrivit lui Platt, cercetătorii ar putea folosi sondele într-o gamă largă de aplicaţii, de la ştiinţa de baza la interfeţe creier uman-calculator şi proteze cerebrale.

Donald a precizat că noua sondă face progrese în aceste direcţii, dar straturile de izolaţie, abilităţile de înregistrare electrice şi geometria dispozitivului au încă nevoie de îmbunătăţiri.

Această cercetare a fost susţinută de Duke Institute for Brain Sciences, şi granturi de la National Institutes of Health (NS-79929, GM-65982, GM-78031).

(Sursa: Duke University)

Pe măsură ce înaintăm în vârstă, vedem culorile, în realitate, nu cu ochii, ci…cu creierul. Aceasta din urmă compensează pierderea sensibilităţii conurilor receptoare situate pe fundul ochilor – conform demonstraţiei susţinute de studiul efectuat de Sophie Wuerger, de la University of Liverpool, UK.

Cercetătoarea, specialist neurolog, a supus 185 de persoane, cu vârste cuprinse între 18 şi 75 de ani, unei varietăţi de teste. A fost vorba de condiţii diverse de iluminare, de selecţionarea unor eşantioane reprezentând o culoare pură – roşu, verde, galben sau albastru.

Sophie Wuerger a comparat apoi aceste rezultate cu starea

cristalinului voluntarilor participanţi la studiul său. Cu înaintarea în vârstă, această lentilă naturală a ochiului are tendinţa de a se îngălbeni, ceea ce-i diminuează capacitatea de a percepe culorile. Rezultatul cercetării: împotriva oricărei aşteptări, cu toate că ochii omului îşi modifică sensibilitatea cu trecerea timpului, percepţia lui subiectivă a culorilor rămâne neschimbată!

Singură capacitatea lui de a distinge diferenţele uşoare între anumite nuanţe descreşte cu vârsta. Principalele dificultăţi par să vizeze tentele de verde sub lumina zilei. Altfel spus, potrivit concluziilor Sophiei Weurger,

Când creierul…vede culorile

22

în timp ce semnalul luminos trimis la retină se schimbă semnificativ odată cu înaintarea în vârstă, la nivelul creierului uman se produc mecanisme compensatorii pentru a-i menţine constantă vederea cromatică. (C.S.)

Page 23: iKnife - medro.roşi biochimie la Duke University, care a ajutat dezvoltarea sondei. El şi colaboratorii săi descriu sondele din nanotuburi de carbon în ediţia din 19 iunie a publicaţiei
Page 24: iKnife - medro.roşi biochimie la Duke University, care a ajutat dezvoltarea sondei. El şi colaboratorii săi descriu sondele din nanotuburi de carbon în ediţia din 19 iunie a publicaţiei