Znajdź zawartość

Dzięki połączeniu insuliny i nanomateriału można będzie w przyszłości lepiej kontrolować poziom cukru we krwi oraz jego użycie przez mózg, co zmniejszy ryzyko wystąpienia problemów neurologicznych. Naukowcy z Ohio State University opracowali związek składający się z insuliny połączonej z aminokwasami zawierającymi przeciwutleniacz. Wcześniejsze badania na myszach sugerowały bowiem, że dodanie takiego nanomateriału może poprawić dostępność glukozy dla całego organizmu, w szczególności zaś mózgu. Teraz, podczas najnowszych badań naukowcy przeprowadzili eksperymenty na myszach, w ramach których porównywano skutki podania zwierzętom insuliny połączonej z aminokwasami, samej insuliny oraz samych aminokwasów. Pomiary poziomu cukru we krwi oraz ekspresji genów z mózgu powiązanych z konsumpcją insuliny wykazały, że terapia insuliną z połączonymi aminokwasami daje podobne wyniki, jak te uzyskiwane u zdrowych myszy. Zwierzęta otrzymujące insulinę łączoną z aminokwasami lepiej wypadały też w testach pamięci i myślenia. Cukrzyca typu 1. i 2. są powiązane ze zwiększonym ryzykiem wystąpienia zaburzeń funkcji kognitywnych i demencji. Jednak neurologiczne następstwa cukrzycy są ostatnimi branymi pod uwagę w czasie leczenia, mówi profesor Ouliana Ziouzenkova, jedna z autorek badań. Podczas badań na myszach stwierdziliśmy, że nasza molekuła w połączeniu z insuliną sprawdzała się lepiej niż każda z tych terapii z osobna, a myszy leczone tym sposobem uzyskiwały lepsze wyniki niż inne grupy zwierząt, dodaje uczona. Molekuła AAC2, która jest dołączana do insuliny, została opracowana w laboratorium współautora badań, profesora chemii i biochemii Jona Parquette'a. Wraz z zespołem stworzył on całą serię molekuł składających się z małych fragmentów aminokwasów, do których dodali strukturalny fragment kumaryny. Najlepszą z tych molekuł okazała się AAC2. Organizmy osób cierpiących na cukrzycę typu 1. nie wytwarzają odpowiednich ilości insuliny, a u osób z cukrzycą typu 2. organizm nie potrafi odpowiednio wykorzystać insuliny. Mózgy do prawidłowego funkcjonowania potrzebuje dużych ilości glukozy. Jednak w sytuacji, gdy dochodzi do znacznych wahań poziomu glukozy – a tak się dzieje w przypadku cukrzycy – funkcje transportowe mogą zostać poważnie zaburzone. Naukowcy wykorzystali myszy, które w wyniku genetycznych modyfikacji cierpiały na cukrzycę typu 1. lub 2. Zwierzęta co trzy dni otrzymywały albo zastrzyk z ludzkiej insuliny, albo molekułę AAC2 albo AAC2 połączone z insuliną. Okazało się, że jedynie terapia łączona zapewniała długoterminowy stały poziom insuliny we krwi, pozytywnie wpływała na ekspresję genów i neurotransmitery. Leczone nią myszy radziły sobie znacznie lepiej podczas testów. Przeprowadzone badania sugerują, że sposób interakcji insuliny z nanomateriałem pozytywnie wpływa na zarówno na wykorzystanie glukozy w procesach metabolicznych jak i jej magazynowanie przez organizm. Ziouzenkova i jej koledzy skupiają się teraz na poznaniu dokładnego mechanizmu, za pomocą którego insulina łączona z AAC2 wpływa na mózg, szukają ewentualnych długoterminowych skutków ubocznych terapii oraz badają, w jaki sposób insulina z AAC2 jest przyswajana przez organizm. Naukowcy nie wykluczają, że opracowana przez nich platforma łączenia nanomateriału z aminokwasów z lekami może posłużyć do leczenia innych chorób metabolicznych i neurologicznych. « powrót do artykułu

Profesor Artur Bednarkiewicz i mgr Agata Kotulska razem z naukowcami z USA i Korei opracowali nowe nanomateriały koloidalne zdolne do lawinowej emisji fotonów. W procesie tym intensywność emisji wzrasta nieproporcjonalnie mocno w stosunku do intensywności pobudzenia – przypomina to zachowanie tranzystora albo zasadę działania lasera, ale odbywa się z wykorzystaniem fotonów z zakresu bliskiej podczerwieni. W badaniach brali udział naukowcy z Columbia University, Lawrence Berkeley National Laboratory, Instytutu Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych Polskiej Akademii Nauk oraz z Korea Research Institute of Chemical Technology. Pierwszym i największym osiągnięciem jest uzyskanie odpowiednich nanokryształów. Tradycyjnie w materiałach luminescencyjnych domieszkowanych jonami lantanowców obserwuje się tzw. wygaszanie koncentracyjne, które powyżej 1% domieszki prowadzi do osłabienia intensywności świecenia. Autorzy pracy wykorzystali mechanizm lawinowej emisji wprowadzając aż 8% jonów tulu i uzyskując spektakularny wzrost intensywności świecenia powyżej progu – dwukrotne zwiększenie intensywności pobudzenia prowadziło wówczas do wzrostu intensywności emisji niemal o 10 000 razy. Dzięki tej wysoce nieliniowej luminescencji anty-Stokesowskiej, naukowcy zademonstrowali możliwość super-rozdzielczego obrazowania struktur nanometrycznych w rozdzielczością 70 nm. Jednak w przeciwieństwie do tradycyjnych metod obrazowania poniżej limitu dyfrakcji, zamiast strukturyzowania wiązki wzbudzającej (jak w STED) czy wyrafinowanej obróbki sygnałów (jak w PALM/STORM), obrazowanie uzyskano z wykorzystaniem konwencjonalnego mikroskopu konfokalnego. Mimo, że zjawisko lawinowej emisji fotonów jest znane w monokryształach domieszkowanych jonami lantanowców od lat 80 XX wieku, zaprezentowane w Nature badania pokazują po raz pierwszy możliwość obserwacji tego efektu w nanomateriałach koloidalnych. Uzyskane wyniki nie tylko definiują nowe kierunki badań materiałowych w celu opracowania kolejnych materiałów lawinowych o innych barwach emisji. Przede wszystkim jednak otwierają zupełnie nowe możliwości zastosowania nanotechnologii w konstrukcji czujników biologicznych (np. do wykrywania wirusów, bakterii czy grzybów lub procesów biologicznych w komórkach i tkankach), czujników wielkości fizycznych (np. temperatury, ciśnienia), w obliczeniach neuromorficznych, konstrukcji detektorów promieniowania z zakresu średniej podczerwieni, nowych nano-laserów czy też, jak w oryginalnej pracy, obrazowania poniżej limitu dyfrakcji światła. « powrót do artykułu

Badacze z sześciu ośrodków naukowych w Polsce w ramach konsorcjum BIOG-NET przyglądają się mikroskopijnym glonom – okrzemkom i ich fenomenalnej zdolności do syntezy krzemionki o trójwymiarowej, ażurowej nanostrukturze, aby na bazie tych obserwacji stworzyć innowacyjne biokompozyty do zastosowań m.in. w medycynie i kosmetologii. Na badania 21 mln zł przekazała Fundacja na rzecz Nauki Polskiej w ramach programu TEAM-NET. Nie od dziś wiadomo, że największą i najlepszą bazą pomysłów i rozwiązań na wszelkie kłopoty trapiące ludzkość jest natura. Wśród produktów, które zrodziły się z naśladowania natury są m.in. aerodynamiczne kombinezony imitujące skórę rekina, samooczyszczające się farby elewacyjne o budowie zbliżonej do liści lotosu, budynki wentylowane podobnie jak termitiery czy sztuczne sieci neuronowe wykorzystywane we współczesnej informatyce. W poszukiwaniu rozwiązań dla nowoczesnych technologii bogatym źródłem inspiracji są także mikroorganizmy, a wśród nich okrzemki, budujące pancerzyki z krzemionki o niezwykle złożonej, porowatej nanostrukturze – mówi prof. Bogusław Buszewski z Wydziału Chemii Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu, który jest kierownikiem projektu naukowego BIOG-NET. Okrzemki to jednokomórkowe algi, występujące na całej kuli ziemskiej, we wszystkich środowiskach wodnych, także na lodzie i śniegu. Ich krzemionkowe pancerzyki mają średnicę około 10 mikrometrów czyli jednej setnej milimetra. Chociaż są tak mikroskopijne, mają bardzo ciekawą, porowatą strukturę, a ich powierzchnia jest pofałdowana i pocięta licznymi szczelinami. Ta ażurowość jest cechą, która najbardziej fascynuje naukowców i inżynierów. Dzięki niej, szkielety okrzemek można potraktować jako doskonały punkt wyjścia do opracowania nowej generacji nanomateriałów krzemionkowych, biokompatybilnych z organizmami żywymi. Ponadto, mogą one spełniać rolę „pudełka” lub „magazynu” dla biologicznie aktywnych substancji, uwalnianych w zależności od potrzeb i przeznaczenia. Kilka ośrodków naukowych na świecie próbowało już wykorzystać okrzemki jako nośniki leków. Lecznicze opatrunki jutra Naszym nadrzędnym celem jest stworzenie innowacyjnych kompozytów nanokrzemionkowych. Chcemy wykorzystać szkielety określonych gatunków okrzemek i modyfikować je za pomocą różnych metali – np. rutenu czy srebra – aby nadać im zupełnie nowe, unikalne właściwości. Jednym z przewidywanych przez nas zastosowań tych biokompozytów są nowoczesne opatrunki, posiadające zdolności chłonne bądź też uwalniające określone substancje lecznicze. Opatrunki takie mogą być wykorzystywane w leczeniu trudno gojących się ran, odleżyn lub infekcji skórnych – tłumaczy prof. Bogusław Buszewski. Aby jednak doszło do stworzenia takich opatrunków, najpierw konieczne jest opracowanie warunków do wydajnej hodowli okrzemek, zaawansowane, precyzyjne obrazowanie i modelowanie ich struktur powierzchniowych, i dopiero funkcjonalizowanie, czyli modyfikowanie pozyskanych od mikroorganizmów nanostruktur krzemionkowych. Dlatego w projekt BIOG-NET zaangażowanych jest aż sześć ośrodków naukowych. Oprócz Wydziału Chemii UMK w Toruniu są to: Wydział Nauk o Ziemi Uniwersytetu Szczecińskiego, Wydział Mechaniczny Politechniki Białostockiej, Wydział Chemii Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, Wydział Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej oraz Wydział Biologii i Biotechnologii Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie. Zadania badawcze wszystkich placówek pozostają w ścisłej synergii, a tak szeroka współpraca jest ponadto gwarantem otrzymania wiarygodnych i powtarzalnych rezultatów o najwyższej jakości. Naukowcy mają nadzieję na szybką komercjalizację opracowanych przez nich funkcjonalizowanych nanomateriałów krzemionkowych, gdyż partnerem strategicznym projektu BIOG-NET są Toruńskie Zakłady Materiałów Opatrunkowych. Zainteresowanie naszymi badaniami przejawiają też firmy farmaceutyczne, producenci suplementów diet i chemii gospodarczej. Inną możliwością jest zastosowanie wyników naszych prac w szeroko pojętej kosmetologii – podkreśla prof. Buszewski. Stąd partnerami przemysłowymi są również firmy Sygnis czy AdvaChemLab. « powrót do artykułu

Z najnowszego numeru ACS Nano dowiadujemy się o opracowaniu nowego sorbentu mocznika, dającego nadzieję na opracowanie lekkich sztucznych nerek, które będzie można stale ze sobą nosić. Tego typu urządzenie z ulgą zostałoby przywitane przez osoby, które są obecnie poddawane dializom. Dializa wymaga zwykle trzech cotygodniowych wizyt w szpitali, podczas których pacjent przez wiele godzin jest podpięty do maszyny. To ma nie tylko poważny negatywny wpływ na tryb życia pacjenta, ale nie jest też dobrym rozwiązaniem. Nerki filtrują krew przez całą dobę, więc kilka godzin dializy przez kilka dni w tygodniu nie jest optymalnym rozwiązaniem. Byłoby nim opracowanie sztucznej nerki, którą pacjent mógłby przy sobie nosić. Jednak jedną z poważnych przeszkód jest mocznik, który musi być usuwany z krwi, by zachować równowagę azotu w organizmie. Podczas dializy mocznik usuwa się za pomocą enzymu, który rozbija go na amoniak i dwutlenek węgla. Jednak ilość enzymu potrzebna do przeprowadzenia tego procesu jest zbyt duża, by można było tę metodę zastosować w sztucznej przenośnej nerce. Babak Anasori, Yury Gogotsi i ich koledzy zastosowali inne podejście. Wykorzystali oni nanomateriał o nazwie MXene. Składa się on z dwuwymiarowych warstw węglików metali. Nie rozbija on mocznika, ale przechwytuje i przechowuje pomiędzy warstwami. Podczas testów w temperaturze pokojowej materiał był w stanie przechwycić 94% mocznika pozyskanego z urządzeń do dializy. W temperaturze ciała ilość przechwytywanego mocznika jest jeszcze większa. Okazało się też, że MXene nie zabija komórek, co sugeruje, że można go bezpiecznie stosować u ludzi. Naukowcy mają nadzieję, że ich odkrycie przyczyni się do stworzenia lekkiej przenośnej nerki. « powrót do artykułu