Создана молекулярная "рогатка", стреляющая лекарствами по указанной цели

Ученые из университета Монреаля создали микроскопическое устройство, состоящее из цепочек ДНК, ферментов и напоминающее катапульту, стреляющую молекулами лекарственных препаратов точно в указанную цель внутри тела человека. Это устройство, размер которого равен одной двадцатитысячной части от толщины человеческого волоса, имеет "якоря", прикрепляющиеся к определенным участкам антител в кровотоке, к входящим в их состав молекулам, имеющим форму буквы Y. А натянутая молекула синтетической ДНК выполняет роль резинки рогатки, отправляя в цель прикрепленную к ней молекулу препарата в случае возникновения условий, соответствующих заранее запрограммированному "спусковому механизму".

"Основной особенностью молекулярной "рогатки" является то, что она может прикрепляться только к антителам определенного вида" - рассказывает профессор Франческо Риччи (Francesco Ricci), - "Антитела различных типов являются своего рода маркерами определенных заболеваний, и, изменяя "спусковой механизм" рогатки, которым является реакция антитела, мы можем заставить эту рогатку попасть молекулой препарата в строго определенную цель".

Главным достоинством созданной учеными молекулярной "рогатки" является ее универсальность. В своих экспериментах ученые продемонстрировали рабочие образцы, связывающиеся с ВИЧ-антителами и "заряженными" определенными нуклеиновыми кислотами. Однако, последние достижения в области синтеза искусственной ДНК позволят спроектировать "рогатку", которая сможет быть заряжена молекулами препаратов из достаточно широкого ряда.

В настоящее время исследователи работают над созданием своего рода библиотеки различных заболеваний, связанных с ними антител и соответствующих лекарственных препаратов. Используя такую библиотеку, можно будет очень быстро произвести на свет достаточно количество молекулярных "рогаток", в структуре которых будут отражаться даже индивидуальные особенности организма пациента.

Первые испытания создаваемой системы будут проведены на подопытных животных. И, в случае их успеха, такой метод борьбы с заболеваниями можно будет использовать и на человеке, конечно только после проведения соответствующих испытаний. "Мы считаем, что такие молекулярные "рогатки" станут мощным терапевтическим оружием, которое будет широко использоваться в будущем" - рассказывает Франческо Риччи, - "Целевая доставка лекарственных препаратов позволит во много раз увеличить их эффективность и уменьшить количество отрицательных побочных эффектов".

Ключевые слова:
Молекула, ДНК, Антитело, Фермент, Лекарственный, Препарат, Доставка, Лечение, Заболевание

Первоисточник

Другие новости по теме:

• Новое имплантируемое устройство для ввода лекарственных препаратов через ух ...
• Использование золотых наночастиц для доставки лекарств внутри организма.
• 3D-принтер, использующий молекулы синтетической ДНК, позволяет быстро "печ ...
• "Умные" таблетки, передающие сообщения, позволяют контролировать прием ле ...
• Новый биомолекулярный компьютер может обнаружить множественные симптомы зар ...
• 
  
  

Let's block ads! (Why?)

Новая технология изготовления нанопроводников значительно облегчит процесс записи деятельности отдельных нейронов

Исследовательская группа, возглавляемая учеными из Калифорнийского университета в Сан-Диего, разработала новую технологию изготовления матриц из нанопроводников, использование которой позволит произвести запись электрической деятельности отдельных нейронов в самых мелких деталях. А практическое применение таких матриц наноэлектродов и нанопроводников позволит в будущем с большей точностью определить нюансы "общения" между собой отдельных нейронов, входящих в состав больших нейронных сетей, что, в свою очередь, позволит выяснить реакцию организма на использование новых лекарственных препаратов и новых методов лечение неврологических заболеваний.

В настоящее время исследователи, занимающиеся изучением деятельности отдельных нейронов, используют нейроны, выращенные в пробирке из так называемых плюрипотентных стволовых клеток. Этот подход дает ученым массу информации, но ее еще большее количество можно получить только подключившись напрямую к нейронам головного мозга. "Сейчас мы адаптируем технологию изготовления наноэлектродов и нанопроводников для того, чтобы при ее помощи можно было создать устройство, которое можно имплантировать в мозг человека" - рассказывает Шади Даье (Shadi Dayeh),, профессор из Калифорнийского университета, - "Наша технология позволит создавать имплантаты, которые внедряются в мозг, не нарушая целостности нейронов и не оказывая влияния на их функционирование".

Пока новая технология позволяет производить измерения и запись электрических ионных канальных токов и изменения внутриклеточного электрического потенциала. Как уже упоминалось выше, данная информация позволяет судить о "состоянии здоровья" нервной клетки, об его активности и о реакции на определенные химические вещества. Но у данной технологии имеется гораздо более широкий потенциал, при ее помощи можно будет заново соединить разорванные нейронные связи, восстанавливая работоспособность пораженных какой-либо болезнью нервных тканей.

Ключевые слова:
Наноэлектрод, Нанопроводник, Изготовление, Матрица, Запись, Деятельность, Нейрон, Имплантат, Мозг

Первоисточник

Другие новости по теме:

• Создан новый нейрочип, способный "маскироваться" под нервные клетки и зап ...
• "Сеть" из нанопроводников позволяет контролировать деятельность мозга на ...
• Brain Activity Map - новый масштабный проект по изучению мозга и его деятел ...
• Ученые сняли на видео деятельность мозга на уровне отдельных нейронов
• Ученые разработали технологию перепрограммирования нейронов мозга и реконфи ...
• 
  
  

Let's block ads! (Why?)

Ученые превратили живые клетки в программируемые биокомпьютеры

Клетки представляют собой крошечные компьютеры, способные обрабатывать входные данные определенного рода и вырабатывать соответствующие сигналы. Но реализация вычислений на клеточном уровне в последнее время становится чем-то большим, нежели метафорой. Ученые-биологи уже успешно расшифровали некоторые внутренние "алгоритмы" работы клеток, которые управляют происходящими внутри их процессами, и, путем редактирования генетической информации, записанной в ДНК клетки, заставили эти клетки выполнять несвойственные им ранее действия.

Последним достижением в данном направлении является работа ученых из Бостонского университета. Путем перепрограммирования ДНК эти ученые заставили в ответ на определенные внешние факторы модифицированные клетки выполнять один из 109 запрограммированных наборов логических инструкций. А дальнейшее развитие данной технологии может привести к появлению живых клеток, способных реагировать на заданный набор внешних условий, что позволит им вырабатывать сложные химические соединения, необходимые для борьбы с заболеваниями, к примеру.

Запрограммированные в ДНК логические цепочки состояли преимущественно из логических элементов НЕ, одних из самых простых базовых логических элементов. Эти элементы выступают в роли своего рода спускового механизма, запускающего выполнение определенных функций при совпадении одного или нескольких условий. В данном случае, фактором, приводившим в действие "спусковой механизм", выступал свет с определенной длиной волны. А реакцией клетки на этот фактор был специальный флуоресцентный белок, который вырабатывался клеткой и заставлял ее светиться. Но при помощи точно такого же подхода можно реализовать выполнение клетками более сложных инструкций, результатом чего будет выполнение более сложных функций.

Следует отметить, что группа профессора Вонга путем программирования ДНК создала 113 "биологических схем", из которых работоспособными оказались лишь 109. "Из моего личного опыта можно сказать, что большой удачей при создании генетических "схем" можно считать, когда вы получите 25 процентов работоспособных элементов" - рассказывает профессор Вонг, - "А в наших следующих исследованиях мы намерены заставить подобные логические схемы работать одинаковым образом внутри живых клеток различных типов".

Ключевые слова:
Живая, Клетка, Биологический, Компьютер, Фактор, Цепочка, ДНК, Логический, Элемент, Функция, Белок

Первоисточник

Другие новости по теме:

• Созданы бактерии-компьютеры, способные обрабатывать информацию и хранить ее ...
• Генные "схемы" позволяют живым клеткам выполнять сложные аналоговые и циф ...
• Живые клетки научились выполнять логические и арифметические операции.
• Ученые впервые вырастили полностью функционирующий орган прямо в организме ...
• Биоэлектрические живые клетки - первый шаг на пути к созданию полноценных к ...
• 
  
  

Let's block ads! (Why?)

Ученые выяснили, что активность мозга и его "вычислительная мощность" могут быть в 100 раз выше, чем было принято считать ранее

Группа ученых из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, проводя очередные исследования, наткнулась на факты, указывающие, что некоторая часть нейронов в головном мозге человека является гораздо более активной, нежели было принято считать ранее. Центром проведенных исследований являлись дендриты, отростки нервных клеток, напоминающих ветки деревьев, растущие из центральной части нейрона, так называемой сомы. Ранее считалось, что дендриты являются лишь проводниками, по которым электрические импульсы, формирующиеся в соме, передаются другим нейронам. Однако, новые исследования показали, что и сами дендриты являются активными частями нервной клетки, они способны вырабатывать собственные импульсы, интенсивность которых в 10 раз больше интенсивности соматических нервных импульсов.

Данное открытие вступает в противоречие с традиционным мнением о том, что основным видом деятельности, формирующим воспоминание и отвечающим за восприятие, являются именно соматические импульсы. "На долю дендритов приходится около 90 процентов от общего количества нервной ткани" - рассказывает Маянк Мехта (Mayank Mehta), нейрофизик из Калифорнийского университета, - "Факт того, что дендриты являются более активными, чем сома, коренным образом меняет все, что нам известно об обработке и хранении информации в мозге. А дальнейшие исследования в этом направлении должна дать нам большее понимание природы некоторых неврологических расстройств и психических заболеваний. Более того, такая информация будет крайне полезна для построения компьютеров, работающих подобно мозгу человека".

Помимо всего прочего, исследователи обнаружили, что дендриты способны вырабатывать электрические импульсы большей длительности и большего напряжения, нежели сома. С точки зрения обработки сигналов, импульсы, вырабатываемые дендритами, больше походят на аналоговые сигналы, в то время, как соматические импульсы в чем-то родственны цифровым импульсным сигналам, курсирующим по схемам электронных чипов.

"Мы выяснили, что дендриты являются гибридами, способными производить и аналоговые и цифровые вычисления. В этом они более подобны элементам квантовых компьютеров, которые можно рассматривать как элементы аналого-цифровой обработки информации" - рассказывает Маянк Мехта, - "Одним из фундаментальных принципов нейробиологии, державшийся на протяжении 60 лет, было утверждение о том, что нейроны в целом являются чисто "цифровыми устройствами". Однако мы доказали, что дендриты ведут себя несколько иным образом, в их деятельности, конечно присутствует "цифровая" составляющая, но вырабатываемые ими сигналы имеют еще и аналоговые колебания. И нам пока еще неизвестно, какая из этих частей играет главную роль в деятельности мозга".

Все вышесказанное указывает на то, что "вычислительная мощность" нашего мозга может быть в сто раз больше, чем было принято считать ранее, ведь суммарный объем дендритов в те же самые сто раз больше суммарного объема сомы нейронов.

В своих исследованиях калифорнийские ученые использовали электроды, внедренные в мозг подопытного животного. Электроды располагались так, что они проходили совсем рядом с дендритами, что позволяло измерить уровень их деятельности и прочие параметры. Следует отметить, что в предыдущих подобных исследованиях ученые пытались ввести электроды непосредственно в дендриты, что, по всей видимости, убивало их и делало невозможным проведение каких-либо измерений. При помощи сигналов, снимаемых с электродов, ученые нашли, что дендриты были в пять раз более активны, нежели сома, во время сна, и в десять раз - во время бодрствования подопытного животного.

"В связи с множеством технологических трудностей предыдущие исследования функций головного мозга были сосредоточены на исследованиях тела нервной клетки, сомы" - рассказывает Маянк Мехта, - "Нам удалось взглянуть на "секретные" аспекты жизни нейронов, и эти аспекты в корне изменят все то, что нам известно о функционировании нервных клеток и головного мозга в целом".

Let's block ads! (Why?)

Исследователям удалось создать искусственный эмбрион при помощи стволовых клеток двух разных типов

Исследователям из Кембриджского университета удалось создать искусственный эмбрион животного-грызуна при помощи стволовых клеток двух разных типов и крошечной трехмерной конструкции, получившей название внеклеточной матрицы, которая выступала в роли своего рода "строительных лесов". Ученые использовали эмбриональные стволовые клетки (embryonic stem cells, ESC), клетки, из которых формируются все клетки тканей организма млекопитающих, и экстра-эмбриональные трофобластные стволовые клетки (extra-embryonic trophoblast stem cells, TSC), клетки, из которых формируются ткани плаценты. Наблюдения за взаимодействием этих двух типов стволовых клеток позволило ученым более детально изучить самые ранние стадии развития эмбриона, стадии, которые достаточно тяжело "поймать вовремя" в естественных условиях.

"Эмбриональные и экстра-эмбриональные стволовые клетки начинают "общаться" друг с другом. Это позволяет им упорядочиваться в организованную структуру, которая в нашем случае ведет себя подобно эмбриону живого существа" - рассказывает Магдалена Церника-Гец (Magdalena Zernicka-Goetz), профессор из Кембриджского университета, - "У нашего искусственного эмбриона имеются все "правильные" с анатомической точки зрения области, которые развиваются в нужном месте и в правильном направлении".

Ученые считают, что ранние попытки создания искусственных эмбрионов не увенчались успехом из-за использования стволовых клеток только одного типа, ESC-клеток. Однако позже было выяснено, что для процесса развития эмбриона требуется два разных типа стволовых клеток, которые как бы координируют действия друг друга. "Эти клетки действительно управляют действиями друг друга" - рассказывает Магдалена Церника-Гец, - "Без наличия такого "сотрудничества" все ключевые биологические механизмы, лежащие в основе процесса развития эмбриона, не работают должным образом".

Пока еще не ясно, к чему может привести процесс дальнейшего развития искусственно созданного эмбриона. Ученые считают, что вряд ли пока у них получится получить из него жизнеспособное живое существо. В данном случае искусственному эмбриону для его дальнейшего успешного развития потребуется наличие еще одного, третьего типа стволовых клеток, из которых разовьется желтковый мешочек, содержащий питательные вещества и из которых позже сформируются ткани сосудов кровеносной системы. Кроме того, все используемые стволовые клетки должны пройти соответствующую генетическую обработку, что позволит искусственному эмбриону развиваться правильным путем.

А конечной целью проводимых Кембриджскими учеными исследований является разработка технологии выращивания искусственных эмбрионов, которые смогут продолжать жить спустя 13-14 суток после момента условного оплодотворения. Это позволит ученым изучить досконально все происходящее с эмбрионом в этот период времени, а все полученные при этом знания могут быть использованы в будущем для создания искусственных эмбрионов человека, которые, в свою очередь, могут быть имплантированы в организм матери в случае такой необходимости.

Ключевые слова:
Стволовые, Клетки, ESC, TSC, Эмбрион, Искусственный, Процесс, Развитие, Взаимодействие

Первоисточник

Другие новости по теме:

• Новая технология трехмерной печати стволовыми клетками позволит производить ...
• Ученые научились управлять превращением стволовых клеток при помощи единств ...
• Ученые обнаружили новый тип стволовых клеток
• Ученым впервые удалось получить клонированные эмбрионы человека, используя ...
• Ученые впервые вырастили в лаборатории функционирующие ткани сетчатки глаза
• 
  
  

Let's block ads! (Why?)

Создано тончайшее волокно, позволяющее передавать в мозг химические, оптические и электрические сигналы одновременно

Международная группа ученых, возглавляемая учеными из Массачусетского технологического института, создала первое в своем роде гибкое волокно, толщина которого сопоставима с толщиной человеческого волоса и которое позволяет передавать в мозг и получать обратно сигналы электрической, химической и оптической природы одновременно. Над созданием этого волокна работала ученые-материаловеды, химики, биологи и ученые других направлений, а в будущем, после того, как волокно приобретет еще более биологически совместимый характер, оно может быть использовано для изучения особенностей функционирования мозга, взаимосвязей между отдельными участками мозга и, естественно, для создания новых и более совершенных видов интерфейса между мозгом и компьютером.

Материал универсального "проводящего" волокна подбирался таким образом, чтобы обеспечить его максимальное подобие мягким нервным тканям. Это, в свою очередь, позволит подключать к мозгу имплантаты любой степени сложности, при этом, глубина "погружения в мозг" будет намного больше, чем это позволяют сделать используемые сейчас матрицы жестких металлических или кремниевых электродов.

Естественно, испытания функционирования волокна производились на подопытных животных. Через один из двух крошечных каналов внутри волокна в нейроны мозга грызунов был введен генетический препарат, делающий эти нейроны чувствительными к свету. Затем обработанные нейроны были освещены светом, переданным через оптический волновод внутри волокна. И под конец, ученые произвели регистрацию электрической деятельности отдельных нейронов, используя для этого электрическую проводимость определенных слоев волокна. И все это было сделано при помощи единственного волокна, толщиной около 200 микрометров, что чуть больше толщины человеческого волоса.

Ключевым моментом, позволившим создание такого многофункционального волокна, стала технология производства тончайших проводников, гибких и имеющих высокую электрическую проводимость. Основу проводников составляет тонкая полиэтиленовая трубочка, объем которой заполнен "хлопьями" графита. А процесс ее производства заключается в повторяющейся последовательности двух операций, нанесения графитового слоя на полиэтиленовую основу и сжатие всего этого под давлением с последующим нанесением очередного тончайшего слоя полиэтилена. Наличие графита в специальном полиэтилене, которой обладает собственной электрической проводимостью, увеличило его проводимость в четыре-пять раз.

Помимо высокой электрической проводимости, созданное волокно обладает прозрачностью, достаточной для передачи по нему оптических каналов. Кроме этого, за счет увеличения толщины одного из графитовых слоев во время производства, в одном волокне организовано два независимых световода, которые практически не оказывают влияния друг на друга. А полости, оставленные в объеме волокна, выступают в роли каналов, которые можно использовать для транспортировки по ним жидких веществ.

За счет малой толщины волокна ученые имеют возможность использовать матрицы таких волокон, охватывая ими достаточно большие участки мозга. Для демонстрации этой возможности волокна были помещены в несколько отдельных участков мозга подопытного животного, что это позволило ученым проследить пути следования нервных сигналов и сигналов ответных реакций мозга на эти сигналы.

В ближайшем времени ученые планируют уменьшить толщину многофункционального волокна, сделав его более гибким. Помимо этого, на замену полиэтилену ищется материал, который обеспечит волокну большую мягкость и увеличит его биологическую совместимость со всеми видами нервных тканей. А тем временем множество научных групп из различных уголков земного шара уже оценили возможности новой разработки и запросили в свое распоряжение некоторое количество многофункционального волокна для проведения собственных исследований.

Let's block ads! (Why?)

ДНК-компьютеры смогут помочь организму человека сражаться с вирусами

Если взглянуть поглубже, чем обычно, то можно обнаружить, что человек не очень сильно отличается от компьютера. Все, начиная от кончиков пальцев ног и заканчивая кончиками волос, является результатом выполнения программы, закодированной в виде последовательности ДНК одной, точнее двух изначальных клеток. В течение последних двух десятилетий ученые добились значительных успехов в расшифровке последовательности ДНК и в определении функционального назначения отдельных ее участков. На базе синтетической ДНК были созданы даже своего рода компьютеры, вычисляющие значения квадратных корней и других функций, правда весьма своеобразным способом. А недавно ученым удалось определить последовательности молекулярных инструкций, которые включаются в действие во время борьбы с вирусами и другими видами инфекции, и, вполне вероятно, что на основе таких вычислений, производимых ДНК-компьютерами, будут построены инновационные методы лечения препаратами, создаваемыми самим организмом.

Ключевым моментом того, как заставить работать технологию ДНК-вычислений на благо человека, заключается в изучении особенностей соединения коротких участков молекул друг с другом. "К примеру, вы смешиваете в пробирке набор различных коротких одиночных цепочек молекул ДНК" - рассказывает Маартен Мерккс (Maarten Merkx), ученый-биохимик из Технологического университета Эйндховена, Нидерланды, - "Одиночные цепочки соединяются только с соответствующими им другими цепочками, формируя двойную спираль молекулы. Получившиеся короткие двойные спирали соединяются с другими в определенной последовательности и формируют длинные молекулы, в которых находится заранее заданный генетический код".

Однако, некоторые критически важные комбинации молекул ДНК вырабатываются в организме только в присутствии антител, высокая концентрация которых являются реакцией иммунной системы на появление инфекции. Поэтому, при условии наличия в организме определенных "индикаторных" соединений можно точно зафиксировать начало реакции организма на появление инфекции. И, при помощи специально запрограммированных молекул ДНК, связанных с индикаторами, можно осуществить производство самим организмом лекарственного препарата, направленного на борьбу с инфекцией данного типа, будь то вирусная или какая-нибудь другая инфекция. Более того, производство лекарственного препарата будет "налажено" лишь в районе инфицированной области организма, остальные области не будут затронуты данным процессом, что позволит избежать возникновения отрицательных побочных эффектов.

"Вполне вероятно, что в данном случае ученым придется использовать и другие виды "биологических вычислений", а не только ДНК-компьютеры. Такой подход позволит создавать очень сложные биологические вычислительные системы, способные решать самые разнообразные задачи" - рассказывает Филип Сантанджело (Philip Santangelo), биоинженер из Технологического университета Джорджии, - "Для этих целей можно использовать весь богатый набор белков и ферментов естественного и искусственного происхождения, наличие которых позволит создавать весьма изощренные программы для биологических компьютеров".

Ключевые слова:
ДНК, Молекула, Генетический, Код, Программа, Компьютер, Реакция, Индикатор, Инфекция, Лекарственный, Препарат

Первоисточник

Другие новости по теме:

• ДНК-наноботы превращают тараканов в живые аналоги первых 8-битных компьютер ...
• Созданы наноразмерные "мускулы" приводимые в действие цепочками молекул Д ...
• Ученые обнаружили первый в своем роде белок, который "собирает" другие бе ...
• В последовательности молекул ДНК обнаружен вторичный "скрытый" код
• Разработан метод производства высококачественных молекул ДНК в промышленном ...
• 
  
  

Let's block ads! (Why?)

Исследователи создали первый "живой диод", состоящий из клеток мышечной ткани сердца

Группа ученых из университета Нотр-Дама (University of Notre Dame) сделала шаг, приблизивший их к созданию искусственной имитации взаимодействия и обработки информации внутри биологических систем. Это, в свою очередь, является важной функцией для разработки новых форм биоробототехнических устройств, для разработки новых методов лечения заболеваний, поражающих мышечные ткани, таких, как дегенеративные расстройства, аритмия и потеря подвижности конечностей.

Используя клетки тканей сердечной мышцы и так называемые клетки-фибропласты, которые выполняют роль "клея" в сердечных тканях, ученые создали "живой диод", элемент, который может быть использован для построения клеточных систем обработки информации. А для создания структуры этого диода ученые использовали технологии самоформирования и микро-копирования.

В своей работе ученые использовали два типа клеток сердечных тканей, которые упорядочены друг относительно друга определенным образом. Один из типов клеток легко поддается внешнему электрическому возбуждению, а второй - практически на него не реагирует. Переход, образовавшийся на границе этих двух видов клеточных тканей, работает почти так же, как и полупроводниковый p-n переход, и как следствие этого, вся структура выполняет функцию диода, пропуская через себя сигналы только в одном направлении.

Комбинируя несколько "живых диодов" и проводящие сигналы ткани, ученые создали более сложные биологические схемы, позволяющие направлять сигналы в нужном направлении и модулировать ими электрическую деятельность отдельных групп клеток. А более сложные комбинации "живых" диодов и транзисторов позволят усиливать сигналы и создавать на их основе функциональные блоки для управления биологическими двигателями, датчиками и т.п.

Данная работа представляет собой первый шаг в новом направлении в области так называемых биовычислений. Ранние усилия в этом направлении были сосредоточены на создании схем из генно-модифицированных клеток естественного происхождения и клеток нервных тканей, из которых выращивались искусственные нейронные сети. Новый метод обеспечивает ощутимо медленную работу биологических вычислительных систем, так как его основой являются биохимические процессы. Тем не менее, он обеспечивает высокую точность, достоверность и надежность, для сравнения, сети на основе нейронов выдают ошибочные результаты в 10 процентах случаев.

Обладание методами построения клеточных структур, выполняющих определенные функции, открывает дверь к конструированию сложных биологических "вычислительных устройств", которые позволят управлять функционированием определенных органов или работой электронных и механических устройств, имплантированных внутрь живого организма.

Let's block ads! (Why?)

Исследователи создали первый "живой диод", состоящий из клеток мышечной ткани сердца

Группа ученых из университета Нотр-Дама (University of Notre Dame) сделала шаг, приблизивший их к созданию искусственной имитации взаимодействия и обработки информации внутри биологических систем. Это, в свою очередь, является важной функцией для разработки новых форм биоробототехнических устройств, для разработки новых методов заболеваний, поражающих мышечные ткани, таких, как дегенеративные расстройства, аритмия и потеря подвижности конечностей.

Используя клетки тканей сердечной мышцы и так называемые клетки-фибропласты, которые выполняют роль "клея" в сердечных тканях, ученые создали "живой диод", элемент, который может быть использован для построения клеточных систем обработки информации. А для создания структуры этого диода ученые использовали технологии самоформирования и микро-копирования.

В своей работе ученые использовали два типа клеток сердечных тканей, которые упорядочены друг относительно друга определенным образом. Один из типов клеток легко поддается внешнему электрическому возбуждению, а второй - практически на него не реагирует. Переход, образовавшийся на границе этих двух видов клеточных тканей, работает почти так же, как и полупроводниковый p-n переход, и как следствие этого, вся структура выполняет функцию диода, пропуская через себя сигналы только в одном направлении.

Комбинируя несколько "живых диодов" и проводящие сигналы ткани, ученые создали более сложные биологические схемы, позволяющие направлять сигналы в нужном направлении и модулировать ими электрическую деятельность отдельных групп клеток. А более сложные комбинации "живых" диодов и транзисторов позволят усиливать сигналы и создавать на их основе функциональные блоки для управления биологическими двигателями, датчиками и т.п.

Данная работа представляет собой первый шаг в новом направлении в области так называемых биовычислений. Ранние усилия в этом направлении были сосредоточены на создании схем из генно-модифицированных клеток естественного происхождения и клеток нервных тканей, из которых выращивались искусственные нейронные сети. Новый метод обеспечивает ощутимо медленную работу биологических вычислительных систем, так как его основой являются биохимические процессы. Тем не менее, он обеспечивает высокую точность, достоверность и надежность, для сравнения, сети на основе нейронов выдают ошибочные результаты в 10 процентах случаев.

Обладание методами построения клеточных структур, выполняющих определенные функции, открывает дверь к конструированию сложных биологических "вычислительных устройств", которые позволят управлять функционированием определенных органов или работой электронных и механических устройств, имплантированных внутрь живого организма.

Let's block ads! (Why?)

Медицинские электронные имплантаты станут меньше и мощней в ближайшем времени

Медицинские устройства с батарейным питанием, имплантируемые в тело человека, уже спасли огромное количество человеческих жизней. Кардиостимуляторы, вырабатывающие слабые электрические импульсы, задают стабильный ритм биения сердца у людей с аритмией, а крошечные дефибрилляторы, генерирующие уже более мощные импульсы, позволяют избежать сердечных приступов и полной остановки сердца в некоторых случаях. Однако, у таких устройств имеется и отрицательная черта - их элементы питания требуют периодической замены, что связано с риском занесения инфекции или с проведением хирургических операций.

Махди Киани (Mehdi Kiani), ученый из Пенсильванского университета, и его группа работают над тем, чтобы сделать электронные имплантируемые устройства меньших размеров и имеющие некоторые функциональные особенности, позволяющие избавиться от необходимости замены их батарей. "Сейчас мы разрабатываем новые методы беспроводной передачи энергии и технологии интегрированного управления электропитанием" - рассказывает Махди Киани, - "А размеры, до которых мы стараемся сократить размеры электронных устройств, составляют миллиметр или меньше, что также сопряжено с массой проблем технического плана".

Одной из ключевых технологий, разработка которой почти уже завершена, является технология адаптивного интегрированного управления электропитанием, работающая в режиме комплексного регулирования тока и напряжения. Такой режим обеспечивает более эффективное использование дефицитной энергии, нежели более традиционные способы, основанные только на управлении входным и выходным напряжением. И возможностей новой технологии управления электропитанием должно хватать для приведения в действие крошечных устройств, снабжаемых энергией при помощи беспроводных технологий.

Новые устройства, которые можно поместить практически в любую часть тела человека, смогут собирать и передавать наружу данные о состоянии различных органов, что даст медикам более полную картину о состоянии здоровья человека. Кроме этого, нечто подобное может быть использовано и для сбора данных из недр мозга человека, что позволит ученым глубже изучить функции мозга, установить причины некоторых заболеваний и найти новые эффективные методы борьбы с ними.

Ключевые слова:
Медицина, Электронное, Устройство, Имплантат, Замена, Батарея, Беспроводная, Передача, Энергия, Управление, Питание

Первоисточник

Другие новости по теме:

• Система управления питанием Embertec – новый уровень экономии электроэнерги ...
• Ученые создали имплантат, размером с рисовое зерно, использующий систему бе ...
• Сети Wi-Fi могут стать источником энергии для миллиардов устройств Интернет ...
• Медики внедрили пациенту первый в истории медицины имплантат для стимуляции ...
• WISP - крошечный беспроводной компьютер, которому для работы достаточно эне ...
• 
  
  

Let's block ads! (Why?)

Созданы нанороботы, способные перемещаться в жидкой среде при помощи биохимических реакций и ультразвука

На страницах нашего сайта мы достаточно часто рассказывали о различного рода микро- и нанороботах, которые обладают огромным потенциалом в области медицины. Они, к примеру, могут использоваться для выполнения тонких микрохирургических операций в труднодоступных местах, для целевой доставки сильнодействующих лекарственных препаратов и многого другого. Самым тяжелым делом в этой области является обеспечение подвижности нанороботов в условиях вязких жидкостей естественного происхождения, к примеру, в крови и в синовиальной жидкости, заполняющей объем глазного яблока. Некоторые группы исследователей использовали для этого внешние магнитные поля, свет лазера, принципы реактивного движения, а ученые из Института интеллектуальных систем Макса Планка, Германия, разработали еще два новых принципа создания двигательных установок для крошечных "пловцов". В одном из этих принципов используются колебания, вызванные воздействием ультразвуковых волн, а во втором - ферментативные химические реакции, родственные естественным реакциям, протекающим внутри организма.

Начнем рассказ со второго случая. В качестве наноробота выступает тонкостенная нанотрубка из диоксида кремния, диаметр которой равен 220 нанометрам. Любая частица подобных размеров не в состоянии продвинуть себя в жидкости без дополнительных уловок, и этой уловкой стал слой фермента, уреазы, которым покрыта или внешняя или внутренняя поверхность нанотрубки. Уреаза замечательна тем, что она расщепляет мочевину на аммиак и углекислый газ. И когда такая обработанная нанотрубка попадает в жидкость, содержащую мочевину, а она содержится почти во всех жидкостях внутри организма, газообразные продукты реакции расщепления начинают вырываться из "сопла" нанотрубки, двигая ее в противоположном направлении. Проведенные испытания показали, что нанотрубка может разгоняться до скорости в 10 микрометров в секунду, около 4 сантиметров в час.

В нанороботах, использующих подобные химические двигатели, нет ничего нового. Однако в данном случае, наноробот, размером в 220 нанометров одновременно является самым маленьким в мире реактивным двигателем на сегодняшний день. "Наш предыдущий двигатель, который сейчас занесен в Книгу мировых рекордов Гиннеса, имеет на три порядка большие размеры" - рассказывает Сэмуэл Санчес (Samual Sanchez), глава группы Smart NanoBioDevices. И у данного достижения имеется еще один положительный аспект. Большинство нанороботов с химическими двигателями полагаются на реакцию расщепления перекиси водорода при помощи металлического катализатора. Но перекись водорода и чистый кислород, в силу их высокой химической активности, являются не очень полезными для организма веществами. Продукты же распада мочевины, в отличие от этого, являются естественными для организма веществами и их наличие не вызывает никаких отрицательных побочных эффектов.

Второй принцип построения двигательной системы нанороботов был изобретен исследователями группы микро-, нано- и молекулярных систем (Micro, Nano and Molecular Systems). В нем также используются крошечные газовые пузырьки, но в данном случае они, пузырьки, не выбрасываются в окружающее пространство, а заключены внутри специально устроенных для этого камер, расположенных на поверхности пластикового корпуса миниробота. Источником энергии для движения являются ультразвуковые колебания, под воздействием которых пузырьки начинают поочередно расширяться и сжиматься, оказывая давление на стенку камеры, к которой они прикреплены. Конечно, один пузырек способен выработать лишь крошечную силу тяги, но ученые расположили множество камер с этими пузырьками на поверхности полосы из полимерного материала.

Вектором направления и силой создаваемой тяги можно управлять, изменяя параметры - фазу, форму, амплитуду и частоту ультразвуковых колебаний. Так же частота колебаний зависит о размеров пузырьков, и чем ближе она к их резонансной частоте, тем эффективней начинает работать этот "пузырьковый" двигатель. Для подтверждения работоспособности такой идеи, ученые изготовили крошечный кубик, две противоположные грани которого были покрыты камерами с пузырьками. Подобрав частоту ультразвука, ученые заставили этот кубик вращаться вокруг своей оси, при этом, скорость вращения достигла значения тысячи оборотов в минуту.

Let's block ads! (Why?)

Новый имплантат, не требующий хирургического вмешательства, поможет восстановить зрение у слепых людей

Эксперименты, во время которых парализованные люди могли управлять автоматизированным манипулятором "силой мысли" или слепые люди видели расплывчатые образы, уже доказали большой потенциал компьютерных систем, передающих и принимающих сигналы из мозга при помощи имплантатов различного типа. Но внедряемые матрицы электродов, используемые в большинстве таких случаев, через некоторое время становятся бесполезными из-за того, что вокруг них нарастает защитный слой шрамоподобных тканей, которые ухудшают электрический контакт электродов с клетками нервных тканей мозга.

Но уже в следующем месяце исследователи из Медицинской школы Гарвардского университета начнут испытания на обезьянах нового имплантата, который не требует хирургического вмешательства и устанавливается снаружи черепной коробки, что позволит избежать возникновения описанной выше проблемы. А в долгосрочной перспективе данная работа может привести к разработке высококачественных устройств, возвращающих зрение слепым людям или возможность движения парализованным пациентам.

Основой нового имплантата является множество крошечных катушек, способных общими усилиями вырабатывать достаточно сильное магнитное поле, способное повлиять на электрические аспекты деятельности нервных клеток определенных участков головного мозга. Помимо установки имплантата поверх черепной коробки одному из подопытных животных, ученые поместят такой же имплантат внутрь черепа второго животного для получения сравнительных результатов.

Устройство будет использоваться для магнитной стимуляции зрительного участка коры головного мозга. При этом, подключенный к имплантатам компьютер будет достаточно точно имитировать сигналы нервной деятельности, подобные сигналам, передаваемых мозгу от зрительных нервов. И, в отличие от матриц имплантируемых электродов, эффективность действия катушек не должна измениться в худшую сторону с течением времени.

Данные проект, рассчитанный на три года, является частью глобальной инициативы BRAIN initiative, нацеленной на изучение всех аспектов деятельности головного мозга. А подход, разработанный гарвардскими учеными, через некоторое время, требующееся на доработку и проведение всесторонних испытаний, может быть с успехом использован и по отношению к людям. Кроме того, данная технология может быть использована не только на мозге, ее можно применить, к примеру, для восстановления подвижности конечностей и других частей тела в случае повреждения нервных тканей в результате болезни или полученной травмы.

Ключевые слова:
Имплантат, Мозг, Катушка, Магнитное, Поле, Хирургическое, Вмешательство, Зрение, Человек

Первоисточник

Другие новости по теме:

• Медики внедрили пациенту первый в истории медицины имплантат для стимуляции ...
• Наклонные матрицы имплантируемых электродов - эффективное средство для восс ...
• Беспроводные технологии позволили снова соединить разорванные участки нервн ...
• Ученые успешно внедрили графеновые электроды в нейроны головного мозга
• Искусственная нервная клетка, использующая настоящие нейропроводники – перв ...
• 
  
  

Let's block ads! (Why?)

Создан новый интерфейс мозг-компьютер, имеющий рекордно высокие показатели

В научно-фантастическом романе Джона Скэлзи "Lock In" был показан вариант будущего, в котором люди, пораженные полным параличом тела, могут жить полноценной жизнью благодаря достижениям в области интерфейсов мозг-компьютер (brain-computer interface, BCI). Но результаты одного из последних исследований, проведенных учеными из Стэнфордского университета, указывают на то, что идеи из романа "Lock In" могут найти воплощение в реальном мире через не такое уж и большое время.

Идея использования BCI-интерфейсов для предоставления парализованным людям возможности общения с внешним миром, уже давно не является новостью. Однако, все, что было создано ранее в этом направлении, имело ограниченные функциональные возможности, очень низкое качество работы и низкое быстродействие, которых явно не хватает для организации более-менее нормального общения с человеком. И стэнфордским исследователям удалось при помощи самых современных технологий создать новый тип BCI-интерфейса, обеспечивающего рекордную на сегодняшний день точность работы и скорость, с которой человек может использовать функции этого интерфейса.

Стэнфордские ученые использовали трех людей-добровольцев, полностью парализованных в результате болезни Герига или травмы спинного мозга. В мозг каждого из них были имплантированы крошечные чипы, содержащие матрицы тончайших электродов. Эти электроды находились в контакте с нервными тканями участка коры головного мозга, отвечающего за движения конечностей и координацию этих движений. И через непродолжительное время самый результативный из добровольцев, Деннис Дегрей (Dennis Degray), смог печатать "силой мысли" со скоростью 39 символов, в среднем восемь слов, в минуту, что сопоставимо со скоростью набора текста СМС на мобильном телефоне без использования средств, обеспечивающих дополнительные удобства и функции.

В создании нового BCI-интерфейса ученые использовали последнее поколение системы под названием BrainGate Neural Interface System. Крошечный кремниевый чип этой системы помещается хирургическим образом на поверхность мозга пациента. 100 электродов этого чипа проникают внутрь тканей мозга, за счет чего они могут детектировать сигналы от отдельных нейронов, а не групп нейронов, как это могли делать системы предыдущих поколений.

И в заключении следует отметить, что данный случай является первым разом, когда чип последнего варианта системы BrainGate был имплантирован в мозг пациента. А стэнфордские ученые прогнозируют, что прошедший все испытания вариант системы BrainGate, функциональные возможности которого будут намного шире возможностей нынешнего варианта, сможет появиться лет, этак, через пять, и его сразу можно будет использовать на практике для предоставления парализованным людям возможности общения с другими людьми.

Ключевые слова:
Интерфейс, Мозг, Компьютер, Человек, Паралич, Общение, BrainGate, Точность, Скорость, Матрица, Чип, Электрод, Сигнал, Нейрон

Первоисточник

Другие новости по теме:

• Новый интерфейс мозг-компьютер позволяет печатать текст со скоростью 12 сло ...
• Печать текста на экране «силой» мысли.
• Intendix - первое в мире коммерческое устройство, реализующее прямой интерф ...
• BCI-RoGO - первый протез-экзоскелет, управляемый мыслями человека.
• Начаты работы по созданию чипа-имплантата, способного преобразовать сигналы ...
• 
  
  

Let's block ads! (Why?)

Разработана технология, позволяющая измерять ритм сердцебиения человека, снятого на видео

Специалисты компании Panasonic Corp разработали технологию, получившую название "Contactless Vital Sensing" и позволяющую с достаточно высокой точностью измерить ритм сердцебиения человека, снятого на видео. Данная технология позволит дистанционным и бесконтактным образом определить нагрузку, испытываемую спортсменом или человеком, выполняющим тяжелую работу. Кроме этого, новая технология может стать частью системы дистанционного контроля состояния здоровья людей, находящихся в медицинских учреждениях или проходящих курс лечения в домашних условиях.

Измерение ритма сердцебиения основано на измерении коэффициента отражения кожи человека. Этот коэффициент изменяется на достаточно значительную величину вследствие периодического расширения кровеносных сосудов, которое, как легко догадаться, соответствует ритму биения сердца. "Ритм биения сердца можно определить не только по лицу человека, но и по любому участку тела, где видно открытую кожу" - пишут представители компании Panasonic, - "Просто по лицу это делать удобнее, так как оно, лицо, всегда находится в кадре".

Для работы технологии "Contactless Vital Sensing" не требуется использования какой-либо специальной камеры, Здесь вполне достаточно веб-камеры со средними возможностями и разрешающей способностью. "Тем не менее, даже средненькая веб-камера уже может обеспечить точность измерения ритма сердцебиения, сопоставимую с точностью медицинских приборов".

Руководство компании Panasonic планирует сделать технологию "Contactless Vital Sensing" коммерчески доступной в 2018 году. И в дополнение к ее использованию в спортивной области, данная технология может использоваться для контроля состояния сотрудников call-центров, в медицине и диагностике, в системах "умных" автомобилей, которые не дадут заснуть водителю, и в ряде других областей.

Ключевые слова:
Человек, Кожа, Ритм, Биение, Сердце, Камера, Измерение, Panasonic

Первоисточник

Другие новости по теме:

• Турбина вместо сердца - отсутствие пульса уже не означает смерть пациента.
• EQ-Radio - беспроводная система, которая дистанционно может определить эмоц ...
• Контроль магнитного поля сердца с помощью магнитоскопии позволит раннюю диа ...
• Начато создание детектора, способного улавливать и измерять эмоции человека
• Биение Вашего сердца может заменить все ключи и пароли.
• 
  
  

Let's block ads! (Why?)

Желудочная кислота стала источником энергии для медицинской электроники

На страницах нашего сайта мы достаточно часто уделяем внимание всевозможным медицинским электронным устройствам и имплантатам, которые занимаются снабжением организма лекарственными препаратами, мониторингом состояния здоровья человека и оказанием помощи функционированию отдельных органов. Но все эти устройства нуждаются в источнике энергии, обычные батареи нуждаются в периодической замене, а аккумуляторы - в периодической подзарядке, более того, они содержат небезопасные для организма элементы и вещества. Не так давно, исследователи из Массачусетского технологического института разработали еще один, более дешевый и безопасный способ снабжения электроники энергией, а в качестве источника выступает химическая энергия кислоты, входящей в состав желудочного сока.

На данное решение исследователей натолкнула идея того, что в любом химическом источнике энергии и так содержится какая-нибудь из кислот, так почему же не использовать кислоту, вырабатываемую организмом естественным путем? В экспериментальных целях было создано миниатюрное устройство, у которого имелись выставленные наружу медный и цинковый электроды, которые составляют гальваническую пару. Внутри оболочки устройства находился температурный датчик и передатчик, работающий на частоте 900 МГц. Электрохимические реакции, в которых принимает участие кислота, медь и цинк, стали источником энергии, которой достаточно для проведения измерений температуры и передачи данных к приемнику, находящемуся на удалении 2 метров, один раз в 12 секунд.

Опытное устройство было скормлено свинье, выступавшей в качестве подопытного животного, Ученые выяснили, что устройство может находиться внутри пищеварительного и кишечного тракта животного в течение шести дней, однако, когда оно попадает из желудка в кишечник, количество вырабатываемой гальванической парой энергии падает до 1 процента от пикового уровня за счет понижения уровня кислотности. Тем не менее, этой энергии еще достаточно для работы устройства, хотя длительность цикла измерения и передачи данных увеличивается во много раз.

Опытное устройство имеет длину 40 мм и диаметр 12 мм. Помимо сбора данных о внутренней температуре это устройство моделировало процесс доставки лекарственных препаратов, которые находились снаружи внутри капсулы, изготовленной из тонкой золотой фольги. Исследователи считают, что при должном подходе размеры следующего устройства могут быть сокращены в три раза, а внутрь его можно будет поместить несколько дополнительных датчиков и устройств, контролирующих ряд основных показателей процесса жизнедеятельности, что может быть использовано для диагностики и контроля успешности лечения определенных заболеваний.

"В конечном счете на свет может появиться своего рода "универсальная электронная таблетка", которая сможет контролировать и помогать организму в течение нескольких недель" - рассказывает Филип Надо (Philip Nadeau), ведущий исследователь, - "Вам совершенно не нужно будет думать ни о чем, таблетка будет находиться внутри вас и передавать собираемые ею данные на ваш смартфон, который будет передавать их дальше вашему лечащему врачу. И самым главным станет то, что эта таблетка будет сохранять свою работоспособность столько, сколько она будет находиться внутри вас".

Let's block ads! (Why?)

Ученым удалось вырастить искусственный мини-мозг, обладающий собственной кровеносной системой

В свое время мы уже рассказывали нашим читателям, что в 2015 году ученым из университета Брауна удалось разработать технологию выращивания искусственного мини-мозга, имеющего сложную трехмерную структуру из переплетенных между собой нервных клеток нескольких типов. Такие искусственные образования представляют собой альтернативу лабораториям-на-чипе соответствующего типа и они позволяют проводить испытания новых метолов лечения и действия лекарственных препаратов, не используя для этого подопытных животных. И, продолжая работать с выращенными мини-мозгами, исследователи обнаружили удивительный феномен, внутри некоторых из них со временем начала образовываться система кровеносных сосудов, что значительно расширяет область их использования и позволяет проводить исследования, связанные с инсультами, сотрясениями и болезнью Альцгеймера.

Каждый мини-мозг имеет размер менее одного миллиметра и их выращивают тысячами за один раз из образцов нервных клеток разных типов, взятых у живых лабораторных крыс. Эти мини-мозги, естественно, не могут обеспечить мыслительный процесс, но входящие в них нейроны являются электрически активными. Эти искусственные образования являются самой точной моделью реального мозга, и при их помощи ученые имеют возможность напрямую изучать процессы развития нервных клеток, последствия заболеваний и результаты действия новых лекарственных препаратов.

Но нейроны и синапсы - это только часть модели мозга. При работе мозг требует потока крови, которая снабжает его кислородом и питательными веществами, однако во всех типах искусственных мозгов, выращенных различными группами ученых, эта составляющая полностью отсутствовала. Во время своей работы ученые из университета Брауна заметили, что через некоторое время приблизительно в двух третьих искусственных мини-мозгов начали образовываться уплотнения нервных тканей, которые затем начали перерождаться в ткань кровеносных сосудов.

Сделанные снимки возникших образований позволили ученым идентифицировать тип новых клеток и связующих белков, которые оказались идентичными клеткам и белкам кровеносных сосудов, а сами образовавшиеся сосуды полы внутри и определенно предназначены для транспортировки крови. Составленная учеными карта кровеносной системы показала, что структура этой системы не столь плотна и разветвлена как кровеносная система реального мозга, ее сложность полностью соответствует малой сложности мини-мозга, который может существовать на протяжении всего одной-двух недель.

Получив в свое распоряжение такой "подарок", ученые уже начали использовать искусственные мини-мозги, подвергая их кислородному недостатку и недостатку глюкозы и наблюдая за тем, как все это затрагивает кровеносную систему. А в ближайшем времени ученые объединят мини-мозг с микрожидкостной системой, которая устроит нормальную перекачку крови по кровеносной системе, и это, в свою очередь, позволит им сымитировать инсульт и симптомы болезни Альцгеймера.

Ключевые слова:
Искусственный, Мозг, Нервная, Ткань, Нейрон, Синапс, Выращивание, Лаборатория, Исследования, Кровеносная, Система, Сосуд

Первоисточник

Другие новости по теме:

• Искусственный "мини-мозг" - альтернатива использованию подопытных животны ...
• Искусственные эритроциты обеспечат доставку лекарств и очистку тела от шлак ...
• Углеродные нанотрубки и лазер позволяют заглянуть внутрь мозга живого сущес ...
• Создан чип, позволяющий вырастить на его поверхности искусственный "мозг"
• Выращен самый сложный искусственный мозг, состоящий из трех различных облас ...
• 
  
  

Let's block ads! (Why?)

Биоэлектрические живые клетки - первый шаг на пути к созданию полноценных киборгов

Идея управления функционированием биологических живых клеток при помощи специальной электроники достаточно давно являлась лишь предметом научной фантастики. Но современные ученые уже некоторое время ведут исследования в данном направлении, видя во всем этом новые методы борьбы с различными заболеваниями. И, благодаря усилиям группы ученых из университета Мэриленда (University of Maryland, UM), электронное управление живыми клетками человеческого организма стало на один шаг ближе. Эти ученые разработали электрогенетическую "переключающую" систему, внедрили ее в бактериальные клетки и при ее помощи обрели способность управлять поведением одноклеточных организмов.

Главной проблемой в создании электрогенетической гибридной системы было то, что обе ее составных части работают совершенно различными способами. Клетки, из которых состоят все живые существа, по крайней мере здесь, на Земле, обмениваются информацией с другими клетками посредством специальных молекулярных каналов. Используя процесс, называемый экспрессией генной информации, хранящейся в ДНК каждой клетки, внутри нее производятся молекулы, такие, как определенные белки, ферменты и гормоны, которые и используются в качестве носителей передаваемой информации. Электронные же системы, как нам хорошо известно, для передачи информации используют потоки электронов, получаемые из источника энергии.

К сожалению, потоки электронов неспособны циркулировать внутри биологических систем также свободно, как по медным проводникам. Однако, внутри живых клеток существуют молекулы, способные выступать в роли неплохих проводников тока. Эти молекулы, относящиеся к классу окислительно-восстановительных биомолекул, могут накапливать и высвобождать электроны от внешнего источника во время химических реакций окисления и восстановления, в которых они принимают участие.

Ученым удалось внести в структуру окислительно-восстановительных биомолекул естественного происхождения некоторые изменения, превратившие ее в проводник электрического тока, текущего от одного электрода к другому. Глубина окислительной и восстановительной реакции определяется величиной и направлением текущего через молекулу тока, а при отключении тока молекула продолжает сохранять свое текущее состояние достаточно долгое время.

Модифицированные окислительно-восстановительные биомолекулы, помещенные внутрь одноклеточных организмов, стали работать в качестве "выключателей", активизирующих определенные процессы генной экспрессии. Это, в свою очередь, позволило управлять некоторыми из функций одноклеточных организмов простым щелчком выключателя и нажатием кнопки.

В качестве эксперимента были созданы микроорганизмы, начинавшие вырабатывать флуоресцентный зеленый белок при получении соответствующего электрического сигнала. И эти микроорганизмы в буквальном смысле начинали светиться, когда они были "включены" электрическим способом. Во второй вид экспериментальных микроорганизмов был встроен механизм управления синтезом белка CheZ, который стимулирует двигательную функцию этих организмов. И при помощи электрических сигналов ученые смогли управлять процессом движений и перемещения модифицированных бактерий.

"Электроника уже давно изменила нашу повседневную жизнь. И теперь, когда мы научились соединять электронику и биологию, мы получили возможность электронного управления нашим организмом на самом малом уровне, на уровне отдельных клеток и заключенной в них ДНК" - рассказывает Грегори Пэйн (Gregory Payne), участник исследовательской группы, - "Все это имеет огромный потенциал для создания "умных" гибридных биоэлектронных устройств, которые позволят организму успешно бороться даже с самыми тяжелыми заболеваниями, к примеру, с раком".

Let's block ads! (Why?)

Создан прозрачный робот-невидимка, способный ловить живую рыбу

Область мягкой робототехники, о которой мы достаточно часто рассказывает нашим читателям, обладает огромным потенциалом в мире медицины, гибкие и эластичные робототехнические устройства в большей мере совместимы с мягкими органами тела человека, нежели чем устройства, конструкции которых изготовлены из жестких материалов. Самым подходящим видов материалов для мягких роботов являются гидрогели разного типа, и не так давно исследователям из Массачусетского технологического института удалось создать новый тип гидрогела, параметры которого выгодно отличают его от других подобных материалов. Для демонстрации возможностей нового материала исследователи изготовили из него прозрачного робота-невидимку, способного ловить и удерживать, правда, не очень большую, но живую рыбу в аквариуме.

"В большинстве случаев гидрогели представляют собой материалы с очень малой прочностью, они легко деформируются и разрываются даже при прикладывании к ним небольшого усилия" - рассказывает профессор Хуанхе Жао (Xuanhe Zhao), - "Мы же занимаемся поисками биологически совместимых гидрогелей, которые сохраняются все свои преимущества и одновременно обладают достаточно высокой механической прочностью. И на основе таких гидрогелей уже сейчас можно создавать устройства, приводимые в действие при помощи гидравлики".

Все гидрогелевое тело робота-невидимки пронизано сетью полостей, которая имеет определенную конфигурацию. Гидравлическая система устроена таким образом, что в определенные секции полостей можно накачивать воду. А комбинации наполненных и пустых секций позволяют телу робота сжиматься определенным образом, расправляться и совершать другие движения. О прочности нового гидрогелевого материала говорит то, что элементы, изготовленные из него, могут через несколько секунд развивать усилие, измеряемое несколькими ньютонами, в то время как другие материалы могут обеспечить усилие лишь на уровне десятков и единиц миллиньютонов.

Испытания прозрачного робота показали, что он способен не только работать в роли своего рода "невидимой удочки". При его помощи можно захватывать и удерживать достаточно массивные шары и объекты еще более сложной формы. Гидрогелевый материал способен выдержать без снижения своих прочностных характеристик до тысячи рабочих циклов, после чего он начинает разрываться, в нем возникают микроразрывы, которые постепенно увеличиваются со временем.

"Созданного из гидрогеля робота практически невозможно увидеть в воде, поскольку он сам на 99 процентов состоит из воды" - рассказывает профессор Жао, - "Он может поймать и удерживать живую рыбку, не нанося ни малейшего вреда ее хрупкому тельцу. А любой манипулятор, изготовленный из твердого материала, попросту раздавил бы ее"

"Такие роботы, состоящие преимущественно из жидкости и приводимые в действие той же жидкостью, могут успешно взаимодействовать даже с самыми нежными тканями органов человека" - рассказывает профессор Жао, - "Более того, гидрогелевый робот может быть изготовлен из материала естественного происхождения и наполнен жидкостью так же естественного происхождения, что сделает его полностью биологически совместимым с организмом пациента, который и станет источником материала и жидкостей. Останется только придумать наилучший метод управления и мы получим робота или имплантат, которые смогут оказывать неоценимую помощь работе органов человека".

Let's block ads! (Why?)

Медикам впервые удалось победить рак при помощи генно-модифицированных донорских иммунных клеток

Группа медиков из больницы Грейт Ормонд Стрит (Great Ormond Street Hospital), Лондон, впервые в истории медицины успешно использовала генетически модифицированные донорские иммунные клетки для того, чтобы побороть лейкемию у двух детей, возрастом 11 и 16 месяцев. Использованная медиками технология является расширением стандартной клеточной терапии и в ней используются недорогие донорские универсальные клетки, которые могут быть получены и использованы в любой момент времени.

Разработанная лондонскими медиками технология значительно опережает технологии клеточной терапии, разработанные и применяемые рядом компаний, включая Juno Therapeutics и Novartis. В технологиях этих компаний используются клетки, взятые из организма пациента. И для их использования требуется много времени на их отбор, генную модификацию и введение их обратно в организм пациента.

В своей работе британские медики использовали Т-клетки типа CAR-T, "вечноголодные" клетки-хищники, являющиеся "боевыми единицами" иммунной системы, которые после соответствующих генных модификаций нападают только на клетки, пораженные лейкемией или другими онкологическими заболеваниями. Донорские клетки были подвержены в общей сложности четырем генетическим модификациям, две из которых проводятся при помощи технологии редактирования генома TALENs. Одна из этих модификаций лишает донорскую клетку способности нападать на нормальные клетки тела другого человека, а вторая направляет их "агрессию" строго на раковые клетки.

Несмотря на столь грандиозный успех, в медицинском мире нашлись скептики, которые ставят под сомнение все сделанное британцами. "Оба вылеченных ребенка прошли перед этим стандартный курс химиотерапии" - рассказывает Штефан Групп (Stephan Grupp), директор отделения иммунотерапии Детской больницы Филадельфии, - "Поэтому в данном случае не имеется никаких убедительных доказательств высокой эффективности нового метода. Конечно, было бы замечательно, если бы этот метод оказался рабочим, но нам еще только предстоит убедиться в этом в ближайшем будущем".

Права на новую технологию клеточной терапии были переданы биотехнологической компании Cellectis, а выпуском препаратов занимаются фармацевтические компании Servier и Pfizer. "Любой пациент может получить немедленное лечение при помощи нашего нового метода. В других методах неизбежно возникает задержка, необходимая для взятия, генетической обработки и обратного введения собственного клеточного материала пациенту" - рассказывает Джулианна Смит (Julianne Smith), вице-президент компании Cellectis, курирующий направление развития технологий на базе CAR-T клеток, - "В нашем случае кровь, взятая у донора, может быть превращена в сотни доз, сразу готовых к употреблению. Мы оцениваем, что стоимость производства одной дозы будет составлять 4 тысячи долларов, что гораздо меньше суммы в 50 тысяч, требующихся на получение дозы из собственных клеток пациента".

Ключевые слова:
Клетки, Кровь, Иммунная, Система, Донор, CAR-T, Редактирование, Геном, Борьба, Лейкемия, Рак

Первоисточник

Другие новости по теме:

Let's block ads! (Why?)

Созданы первые в своем роде датчики, способные обнаруживать единичные молекулы определенных белковых соединений

Специалисты из Массачусетского технологического института разработали и изготовили образцы первых в своем роде датчиков, способных обнаруживать единичные молекулы белков и других сложных органических соединений. Более того эти датчики справляются со своей работой даже в том случает, если искомые молекулы спрятаны внутри живых клеток. Такие датчики, состоящие из химически модифицированных углеродных нанотрубок, позволят ученым прослеживать даже самые малые отклонения баланса организма от нормы, вызванные вирусными инфекциями, к примеру, производить поиски посторонних веществ в пищевых продуктах и использоваться в производстве белковых соединений для медицинской и фармацевтической промышленности.

В лаборатории профессора Майкла Странно (Michael Strano) в свое время уже был разработан ряд нанотрубочных датчиков, способных регистрировать молекулы определенных соединений. В этих датчиках используется явление флуоресценции, вторичного излучения света при облучении нанотрубок светом лазера с определенными параметрами. Для превращения нанотрубки в датчик ее поверхность покрывается короткими цепочками молекул ДНК и молекулами органических соединений, способных химически связываться с молекулами искомых соединений. Когда искомая молекула связывается с молекулой на поверхности нанотрубки, это приводит к изменению параметров переизлучаемого света, что регистрируется высокочувствительным фотодатчиком.

Одной из больших проблем, которые удалось преодолеть ученым, была проблема осуществления надежного крепления молекул-детекторов к поверхности нанотрубок. Все предыдущие подобные попытки заканчивались не очень удачно из-за того, что прикрепленные различными способами к нанотрубке молекулы частично или полностью теряли свою восприимчивость (химическую активность) по отношению к другим молекулам. Данная проблема была решена путем введения в молекулы ДНК специальной последовательности, выступающей в роли "распорки". Эта "распорка" не позволяла молекула контактировать с соседними молекулами, что полностью сохраняло ее изначальные химические свойства.

Для демонстрации работоспособности новой идеи ученые изготовили датчики на основе сигнального белка RAP1, который был "настроен" на определенный белок, вырабатываемый вирусом HIV1. Но такой подход может работать и по отношению к любому другому виду белковых соединений.

Для повышения чувствительности процесса обнаружения молекул белков используется матрица из активированных нанотрубок, которая помещается перед объективом специального микроскопа-камеры. И в таком случае чувствительность датчика столь высока, что для его срабатывания хватает единственной клетки животного или растительного происхождения, внутри которой скрываются молекулы или молекула искомого белка. Единственным минусом данного подхода является то, что чем меньше концентрация искомых белков, тем дольше длится процесс их обнаружения, и при некоторых условиях время обнаружения может стремиться к бесконечности.

Ученые считают, что основной областью применения разработанных ими датчиков может стать персонифицированная медицина, в которой используются клетки, изъятые у пациента. Эти клетки проходят через некоторые модификации, позволяющие им бороться с заболеванием, и помещаются назад в организм того же самого человека. Новые датчики позволят следить за процессами модификации клеток, что, в свою очередь, позволит выдерживать все параметры процесса и получать на его выходе 100-процентный гарантированный результат.

Let's block ads! (Why?)