Znajdź zawartość

Na Uniwersytecie Stanforda powstała rewolucyjna technika obrazowania struktur wewnątrz organizmu. Polega ona na uczynieniu skóry i innych tkanek... przezroczystymi. Można tego dokonać nakładając na skórę jeden z barwników spożywczych. Testy na zwierzętach wykazały, że proces jest odwracalny. Technika taka taka, jeśli sprawdzi się na ludziach, może mieć bardzo szerokie zastosowanie – od lokalizowania ran, poprzez monitorowanie chorób układu trawienia, po diagnostykę nowotworową. Technologia ta może uczynić żyły lepiej widocznymi podczas pobierania krwi, ułatwić laserowe usuwanie tatuaży i pomagać we wczesnym wykrywaniu i leczeniu nowotworów, mówi Guosong Hong. Na przykład niektóre terapie wykorzystują lasery do usuwania komórek nowotworowych i przednowotworowych, ale ich działanie ograniczone jest do obszaru znajdującego się blisko powierzchni skóry. Ta technika może poprawić penetrację światła laserowego, dodaje. Przyczyną, dla której nie możemy zajrzeć do wnętrza organizmu, jest rozpraszanie światła. Tłuszcze, płyny, białka, z których zbudowane są organizmy żywe, rozpraszają światło w różny sposób, powodując, że nie jest ono w stanie penetrować ich wnętrza, więc są dla nas nieprzezroczyste. Naukowcy ze Stanforda stwierdzili, że jeśli chcemy, by materiał biologiczny stał się przezroczysty, musimy spowodować, żeby wszystkie budujące go elementy rozpraszały światło w ten sam sposób. Innymi słowy, by miały taki sam współczynnik załamania. A opierając się na wiedzy z optyki stwierdzili, że barwniki najlepiej absorbują światło i mogą być najlepszym ośrodkiem, który spowoduje ujednolicenie współczynników załamania. Szczególną uwagę zwrócili na tartrazynę czyli żółcień spożywczą 5, oznaczoną symbolem E102. Okazało się, że mieli rację. Po rozpuszczeniu w wodzie i zaabsorbowaniu przez tkanki, tartrazyna zapobiegała rozpraszaniu światła. Najpierw barwnik przetestowano na cienkich plastrach kurzej piersi. W miarę, jak stężenie tartrazyny rosło, zwiększał się współczynnik załamania światła w płynie znajdującym się w mięśniach. W końcu zwiększył się do tego stopnia, że był taki, jak w białkach budujących mięśnie. Plaster stał się przezroczysty. Później zaczęto eksperymenty na myszach. Najpierw wtarli roztwór tartrazyny w skórę głowy, co pozwoliło im na obserwowanie naczyń krwionośnych. Później nałożyli go na brzuch, dzięki czemu mogli obserwować kurczenie się jelit i ruchy wywoływane oddychaniem oraz biciem serca. Technika pozwalała na obserwacje struktur wielkości mikrometrów, a nawet polepszyła obserwacje mikroskopowe. Po zmyciu tartrazyny ze skóry tkanki szybko wróciły do standardowego wyglądu. Nie zaobserwowano żadnych długoterminowych skutków nałożenia tartrazyny, a jej nadmiar został wydalony z organizmu w ciągu 48 godzin. Naukowcy podejrzewają, że wstrzyknięcie barwnika do tkanki pozwoli na obserwowanie jeszcze głębiej położonych struktur organizmu. Badania, w ramach których dokonano tego potencjalnie przełomowego odkrycia, rozpoczęły się jako projekt, którego celem jest sprawdzenie, jak promieniowanie mikrofalowe wpływa na tkanki. Naukowcy przeanalizowali prace z dziedziny optyki z lat 70. i 80. ubiegłego wieku i znaleźli w nich dwa podstawowe narzędzia, które uznali za przydatne w swoich badaniach: matematyczne relacje Kramersa-Kroniga oraz model Lorentza. Te matematyczne narzędzia rozwijane są od dziesięcioleci, jednak nie używano ich w medycynie w taki sposób, jak podczas opisywanych badań. Jeden z członków grupy badawczej zdał sobie sprawę, że te same zmiany, które czynią badane materiały przezroczystymi dla mikrofal, można zastosować dla światła widzialnego, co mogłyby być użyteczne w medycynie. Uczeni zamówili więc sięc silne barwniki i zaczęli dokładnie je analizować, szukając tego o idealnych właściwościach optycznych. Nowatorskie podejście do problemu pozwoliło na dokonanie potencjalnie przełomowego odkrycia. O relacjach Kramersa-Kroniga uczy się każdy student optyki, w tym przypadku naukowcy wykorzystali tę wiedzę, do zbadania, jak silne barwniki mogą uczynić skórę przezroczystą. Podążyli więc w zupełnie nowym kierunku i wykorzystali znane od dziesięcioleci podstawy do stworzenia nowatorskiej technologii. « powrót do artykułu

Naukowcy informują o zidentyfikowaniu najstarszego miejsca, w którym człowiek zanieczyścił rtęcią siebie i środowisko naturalne. Zespół specjalistów przebadał kości 370 osób z 50 grobów znalezionych na 23 stanowiskach archeologicznych na południu Hiszpanii i Portugalii. Szczątki pochodzą z okresu 5000 lat, począwszy od neolitu. Efektem pracy jest opublikowany na łamach Journal of Osteoarcheology artykuł The use and abuse of cinnabar in Late Neolithic and Copper Age Iberia. Rtęć to niezwykle niebezpieczny pierwiastek. Światowa Organizacja Zdrowia wymienia go wśród 10 największych zagrożeń dla współczesnego zdrowia publicznego. Uczeni z z Hiszpanii, Portugalii Brazylii i USA informują, że najwyższy poziom ekspozycji ludzi na działanie rtęci miał miejsce w epoce miedzi, 2900–2600 lat przed naszą erą. Wówczas to bardzo rozpowszechniło się użycie cynobru, naturalnie występującego minerału zawierającego siarczek rtęci. Był on wykorzystywany w roli barwnika, któremu przypisywano znacznie symboliczne i religijne. Największa na świecie kopalnia cynobru, wpisana na Listę Światowego Dziedzictwa UNESCO, znajduje się w Almadén w Hiszpanii. Prace wydobywcze rozpoczęto tam już w neolicie, przed 7000 lat. Do początku epoki miedzi, przed 5000 lat, cynober stał się bardzo pożądanym cennym materiałem. W Portugalii i Andaluzji spotykamy groby ozdobione tym barwnikiem. Był używany zarówno do dekorowania samych ścian, jak i malowania figurek czy przedmiotów składanych ze zmarłymi. Miał znaczenie symboliczne, ezoteryczne. Tak powszechne używanie cynobru musiało oznaczać, że sporo osób było narażonych na kontakt z niebezpiecznym poziomem rtęci. Sproszkowany cynober można było przypadkiem wchłonąć przez drogi oddechowe czy przenieść do ust wraz z pożywieniem. I rzeczywiście, badania kości niektórych zmarłych wykazały, że doszło w nich do koncentracji rtęci rzędu 400 ppm (części na milion). O tym, jak olbrzymia to wartość niech świadczy fakt, że WHO uznaje, iż bezpieczny poziom rtęci we włosach nie powinien przekraczać 2 ppm. Rtęć musiała powodować u wielu z tych osób poważne skutki zdrowotne, a poziom 400 ppm w organizmie jest tak duży, że nie można wykluczyć celowego spożywania lub wdychania sproszkowanego cynobru. Praktyki takie mogły mieć związek z symbolicznym i rytualnym znaczeniem, jaki nadawano barwnikowi. Autorzy badań wykluczają bowiem, by naturalna ekspozycja na rtęć w środowisku – na przykład na rtęć zawartą w żywności – mogła skutkować tak wielką jej koncentracją w organizmie. Pod koniec epoki miedzi i na początku epoki brązu użycie cynobru na badanym obszarze znacznie się zmniejsza, do tego stopnia, że znika on z wielu miejsc, w których wcześniej był rozpowszechniony. Barwnik jednak był popularny przez kolejne tysiące lat. Znajdziemy go w sztuce starożytnego Rzymu, manuskryptach średniowiecza czy renesansowym malarstwie. Do tego jednak czasu cynober produkowano w procesie chemicznym, gdyż znano niebezpieczeństwa związane z jego wydobyciem. Nadal był on toksyczny, gdyż do produkcji używana była rtęć. « powrót do artykułu

Oznaczany jako E171 tlenek tytanu(IV) - biel tytanowa - występuje w licznych produktach, m.in. majonezie czy paście do zębów. Stykamy się z nim codziennie, a ostatnie badania naukowców z Uniwersytetu w Sydney pokazały, że wpływa on na mikrobiom i może wyzwalać różne choroby, np. raka jelita grubego i nieswoiste zapalenia jelit (ang. inflammatory bowel diseases, IBD). Celem tego badania jest pobudzenie dyskusji o nowych standardach i regulacjach, tak by zagwarantować bezpieczne wykorzystywanie nanocząstek w Australii i na świecie - podkreśla prof. Wojciech Chrzanowski. Choć nanocząstki były/są powszechnie wykorzystywane w lekach, pokarmach, ubraniach itp., możliwe ich oddziaływania, zwłaszcza długoterminowe, nadal są słabo poznane. Spożycie E171 znacząco wzrosło w ciągu ostatniej dekady. Mimo że jest dopuszczony do wykorzystywania w żywności, nie ma dostatecznych dowodów na jego bezpieczeństwo. W tym kontekście warto np. zauważyć, że 17 kwietnia Francja wprowadziła rozporządzenie, na mocy którego zakazano sprzedaży produktów zawierających E171; zakaz ma wejść w życie 1 stycznia przyszłego roku i będzie obowiązywać przez rok. Od dawna wiadomo, że skład produktów ma wpływ na fizjologię i stan zdrowia, ale rola dodatków do żywności jest słabo poznana - podkreśla Chrzanowski, ekspert od nanotoksyczności. Coraz więcej dowodów świadczy o tym, że stała ekspozycja na nanocząstki ma wpływ na skład mikroflory jelit, a ponieważ mikrobiom stoi na straży naszego zdrowia, jakiekolwiek zmiany jego funkcji mogą wpłynąć na zdrowie ogólne. Opisywane badanie prezentuje dowody, że spożycie produktów zawierających E171 (tlenek tytanu) wpływa na mikrobiom i zapalenie jelit, co może prowadzić do takich chorób, jak rak jelita grubego oraz IBD. Prof. Laurence Macia dodaje, że badania australijskiej ekipy, które prowadzono na myszach, pokazują, że tlenek tytanu(IV) wchodzi w interakcje z bakteriami z przewodu pokarmowego i upośledza pewne ich funkcje. Skutkiem tego może być rozwój różnych chorób. Twierdzimy, że spożycie E171 powinno być lepiej regulowane przez odpowiednie organy. Podczas eksperymentów na gryzoniach zauważyliśmy, że choć tlenek tytanu(IV) nie zmieniał składu mikrobiomu, wpływał na aktywność bakterii i sprzyjał ich wzrostowi w formie niepożądanego biofilmu. Biofilm to bakterie, które ściśle do siebie przywierają; jego tworzenie stwierdzono w różnych chorobach, np. w raku jelita grubego. Szczegółowe wyniki badania ukazały się w piśmie Frontiers in Nutrition. Warto przypomnieć, że niecały miesiąc temu (25 kwietnia) pisaliśmy o tym, że inny popularny dodatek do żywności - propionian, który jest szeroko wykorzystywany np. w wypiekach - zwiększa poziom hormonów odpowiedzialnych za otyłość i cukrzycę. « powrót do artykułu

Symptomy chorób neurodegeneracyjnych, widoczne lata przed pojawieniem się objawów klinicznych, można wykryć podczas badań próbek medycznych za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej. Warunkiem jest jednak użycie odpowiednio czułych i selektywnych barwników, wiążących się z konkretnymi strukturami amyloidowymi. Krokiem ku spersonalizowanej profilaktyce neuromedycznej przyszłości jest nowy barwnik, zaproponowany przez polsko-amerykańską grupę naukowców. Od zaburzeń pamięci po cieszące się szczególnie złą sławą choroby Creutzfeldta-Jakoba czy Alzheimera – aż kilkadziesiąt chorób ma związek z formowaniem się w komórkach włókien amyloidowych, czyli złogów o skomplikowanych kształtach. Odkładają się one w wyniku niewłaściwego zwijania się białek, głównie białka znanego jako amyloid beta. Są podstawy by sądzić, że już wkrótce w laboratoriach medycznych pierwsze oznaki neurodegeneracji będzie można zidentyfikować na wcześniejszych etapach rozwoju choroby mózgu, a przy tym w sposób znacznie bardziej precyzyjny niż do tej pory. Nowe możliwości detekcyjne otwierają się dzięki osiągnięciom polsko-amerykańskiego zespołu, w którego skład weszli naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (IChF PAN) w Warszawie, Politechniki Wrocławskiej, University of Michigan i University of California, Santa Barbara. Wraz ze starzeniem się społeczeństw rośnie znaczenie wczesnego wykrywania chorób neurodegeneracyjnych, z reguły objawiających się u osób w późnym wieku. Stawka jest niebagatelna, co widać choćby po danych dotyczących choroby Alzheimera. O ile wśród osób po 70. roku życia cierpi na nią 3% populacji, o tyle po 90. roku życia choruje już połowa populacji. Wiadomo jednak, że choroba ta prawdopodobnie zaczyna się nawet 20 lat przed wystąpieniem jej pierwszych objawów. W tej sytuacji wczesna i precyzyjna detekcja jej zwiastunów nabiera szczególnie istotnego znaczenia. Zanim laborant obejrzy pobraną od pacjenta próbkę płynu rdzeniowo-mózgowego pod mikroskopem fluorescencyjnym, musi w jakiś sposób oznaczyć poszukiwane związki chemiczne za pomocą świecącego barwnika. Zwykle stosuje się w tym celu cząsteczki niewielkich rozmiarów, tak dobrane, by łączyły się tylko z tropionymi cząsteczkami. My udowodniliśmy, że jako barwnika można z powodzeniem użyć pochodnej politiofenu, kryjącej się pod oznaczeniem PTEBS. To polimer, czyli naprawdę spora struktura atomowa. W praktyce okazało się, że rozmiary cząsteczek PTEBS nie tylko nie są ich wadą, ale wręcz sporą zaletą – mówi dr inż. Piotr Hańczyc (IChF PAN, obecnie Wydział Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego), pierwszy autor publikacji w czasopiśmie naukowym Journal of Luminescence. Badania zespołu pozwoliły stwierdzić, że za pomocą barwnika PTEBS można rejestrować obecność zarówno poszukiwanych cząsteczek chemicznych, jak i ich agregatów, na dodatek nawet wtedy, gdy w próbce występują one w istotnie mniejszych stężeniach niż wykrywane przez tioflawinę T, obecnie jeden z najpopularniejszych barwników fluorescencyjnych, stosowanych do znakowania agregatów białkowych. Kolejna ważna zaleta nowego barwnika jest związana z istnieniem form polimorficznych amyloidu, czyli z faktem, że podczas gdy jedna konfiguracja atomów w cząsteczce może odpowiadać za uruchomienie procesów neurodegeneracyjnych, inna okazuje się być niegroźna. Standardowe barwniki to cząsteczki o małych rozmiarach. Nie można z nimi zbyt wiele zrobić, na dodatek są doskonale przebadane i wiele już o nich wiadomo. Cząsteczki naszego barwnika są duże, a do głównego łańcucha mają dołączone liczne grupy podstawnikowe. Grupy te można w szerokim zakresie modyfikować i rozbudowywać, zwiększając powinowactwo barwnika nie tylko do wybranej formy amyloidu, ale nawet do jego konkretnej odmiany polimorficznej. To daje naprawdę spore pole do popisu – podkreśla dr Hańczyc. Nowy barwnik powinien pomóc m.in. w precyzyjniejszym niż dotychczas ustalaniu odmian polimorficznych odpowiedzialnych za przebieg procesów neurodegeneracjynych u pacjentów. Szczególnie obiecująco wyglądają jednak jego zastosowania w badaniach profilaktycznych. Pozwoliłyby one na dobieranie efektywniejszych strategii leczenia, spersonalizowanych pod kątem konkretnego pacjenta. Dzięki takiemu postępowaniu można byłoby znacząco opóźniać rozwój chorób neurodegeneracyjnych, a w dalszej przyszłości być może nawet całkowicie im zapobiegać. Po stronie polskiej badania sfinansowano z grantu International Brain Research Organization (IBRO). « powrót do artykułu

Ksylindeina (ang. xylindein), wysoce wytrzymały niebieskozielony barwnik chinonowy wytwarzany przez grzyby z rodzaju Chlorociboria, może znaleźć zastosowanie jako materiał półprzewodnikowy w elektronice i optoelektronice. Badania naukowców z Uniwersytetu Stanowego Oregonu sugerują, że w niektórych przypadkach ksylindeina może być ekologiczną i tanią alternatywą dla krzemu. Ksylindeina jest ładna, ale czy może też być użyteczna? Ile da się z niej wycisnąć? - zastanawia się Oksana Ostroverkhova. Okazuje się, że funkcjonuje jak dość dobry materiał elektroniczny. Istnieją jednak przesłanki, że uda się to poprawić. Ksylindeina jest uwalniana przez 2 grzyby z rodzaju Chlorociboria, w tym przez chlorówkę drobną (Chlorociboria aeruginascens). Pigment powoduje zielonkawe zabarwienie zakażonego drewna, które rzemieślnicy cenili od stuleci. Barwnik jest tak trwały, że ozdobne obiekty wykonane 500 lat temu nadal mają charakterystyczny kolor. Co ważne, pigment wytrzymuje wydłużoną ekspozycję na gorąco, ultrafiolet i stres elektryczny. Gdybyśmy mogli odkryć sekret tak wysokiej stabilności pigmentów produkowanych przez grzyby, rozwiązalibyśmy problemy związane z organiczną elektroniką. Poza tym produkcja wielu organicznych materiałów elektrycznych jest zbyt droga, szukamy więc alternatywnych ekonomicznych i proekologicznych metod [...]. Przy obecnych technologiach produkcji ksylindeina tworzy niejednorodne filmy z porowatą, "skalistą" strukturą. Osiągi są bardzo zmienne. Można się z nią "bawić" w laboratorium, ale na razie nie da się z niej wytworzyć istotnego technologicznie urządzenia [...]. Znaleźliśmy jednak sposób na łatwiejsze przetwarzanie pigmentu i uzyskanie przyzwoitej jakości filmu - wystarczy zmieszać ksylindeinę z przezroczystym, nieprzewodzącym polimerem - poli(metakrylanem metylu), PMMA. Podczas testów cienkie warstwy molekularne uzyskiwano metodą drop-castingu; na umieszczone na szklanym podłożu elektrody nanoszono roztwór czystego pigmentu albo ksylindeiny i PMMA. Okazało się, że nieprzewodzący polimer znacząco poprawiał strukturę filmu, nie szkodząc przy tym elektrycznym właściwościom barwnika. Nowe filmy wykazywały się też lepszą fotowrażliwością. W ramach przyszłych badań Amerykanie chcą ustalić, czemu się tak stało. Zamierzają również ocenić potencjał tego zjawiska dla ogniw słonecznych. Oprócz tego przyjrzymy się możliwości zastąpienia polimeru produktem naturalnym - czymś ekologicznym uzyskanym z celulozy [...]. Ksylindeina nigdy nie przebije krzemu, ale w przypadku wielu zastosowań nie jest to wcale konieczne. Sprawdzi się ona dobrze przy nanoszeniu na duże, giętkie podłoża, a więc np. w ubieralnej elektronice. « powrót do artykułu