Znajdź zawartość

Inżynierowie z Brown University zaprojektowali urządzenie, które pozwala mierzyć poziom glukozy w ślinie, a nie krwi. W artykule opublikowanym na łamach Nano Letter Amerykanie ujawnili, że w biochipie wykorzystano interferometry plazmoniczne. Zaprezentowane rozwiązanie powstało "na styku" dwóch dziedzin: nanotechnologii i plazmoniki, czyli nauki o własnościach i zastosowaniach powierzchniowych fal plazmonowo-polarytonowych. Na biochipie wielkości paznokcia specjaliści z Brown University wytrawili tysiące interferometrów plazmonicznych. Potem mierzyli stężenie glukozy w roztworze przepływającym po urządzeniu. Okazało się, że odpowiednio zaprojektowany biochip wykrywa stężenia glukozy występujące w ludzkiej ślinie. Zazwyczaj poziom cukru w ślinie jest ok. 100-krotnie niższy niż we krwi. W ten sposób zweryfikowaliśmy koncepcję, że [bazujące na interakcjach elektronów i fotonów] interferometry plazmoniczne można wykorzystać do wykrywania niewielkich stężeń cząsteczek - podkreśla prof. Domenico Pacifici, dodając, że równie dobrze jak glukoza, mogą to być inne substancje, np. zanieczyszczenia środowiskowe czy wąglik. W dodatku da się je wykrywać wszystkie naraz na tym samym chipie. Konstruując czujnik, naukowcy zrobili nacięcie o szerokości ok. 100 nanometrów. Potem z obu jego stron wycięli rowki o grubości 200 nanometrów. Wycięcie wychwytuje zbliżające się fotony, a rowki je rozpraszają, przez co dochodzi do interakcji z wolnymi elektronami, odbijającymi się od metalowej powierzchni chipa. Interakcje wolne elektrony-fotony prowadzą do powstania plazmonów powierzchniowych - tworzy się fala o długości mniejszej od fotonu w wolnej przestrzeni (free space). Dwie fale przemieszczają się wzdłuż powierzchni chipa, aż napotkają fotony w nacięciu. Zachodzi interferencja, a obecność mierzonej substancji (tutaj glukozy) na czujniku prowadzi do zmiany względnej różnicy faz, co z kolei powoduje mierzone w czasie rzeczywistym zmiany w intensywności światła transmitowanego przez środkowe wycięcie. Środkowe nacięcie działa jak mikser [...] dla fal plazmonów powierzchniowych i światła. Akademicy nauczyli się, że mogą manipulować przesunięciem fazy, zmieniając odległości między wycięciem a rowkami po bokach. W ten sposób można wykalibrować interferometr wykrywający bardzo niskie stężenia glukozy rzędu 0,36 mg na decylitr.

Ślina jest chyba cieczą z którą najczęściej mamy do czynienia, oprócz zwykłej wody. Każdy zatem zdaje sobie sprawę, że te dwa płyny bardzo się różnią, choć może nie każdy zastanawiał się, czemu. Ale naukowcy są od tego, żeby zastanawiać się nad takimi rzeczami. Rozgryzienie, dlaczego ślina ciągnie się w nitki na których formują się perełkowate zgrubienia, wymagało współpracy uczonych z aż trzech uniwersytetów: MIT, Uniwersytetu Purdue'a i Uniwersytetu Rice'a. Wystarczy nanieść trochę śliny na dwa palce i powoli je oddalić, żeby przekonać się, że wyciąga się ona w nitkę, na której powstają małe „perełki". Oczywiście, jest wiele innych cieczy, które zachowują się podobnie: detergenty, leki, większość płynów fizjologicznych. Zrozumienie i opisanie tego zjawiska daje potencjalnie wiele korzyści praktycznych w konstruowaniu urządzeń, dlatego zainteresowała się nim aż tak liczna ekipa. Płyny takie nazywane są „lepkosprężystymi", zawierają one długie łańcuchy złożone z polimerów, w przypadku śliny są to białka, mukopolisacharydy. Gareth McKinley, wykładowca inżynierii mechanicznej odkrył, że oprócz lepkości i sprężystości, równie ważną rolę odgrywają inne czynniki: bezwładność płynu - czyli skłonność do poruszania się aż do momentu przyłożenia zewnętrznej siły hamującej, a także czas, przez jaki powierzchnia uformowanej nitki drga (przepływa tam i z powrotem) od momentu, kiedy zastopujemy rozciąganie. Formowanie się perełek na rozciąganej płynnej nici zależy zatem od delikatnej równowagi dwóch współczynników: sił lepkości do sił bezwładności oraz czasu potrzebnego na powrót do własnego kształtu (od momentu zastopowania rozciągania) do czasu trwania drgań. Zaskoczeniem jest fakt, że mechanizm ten jest aż tak skomplikowany a także fakt znaczenie sił bezwładności w tym równaniu. Ciecze newtonowskie, jak zwykła woda, są przewidywalne w swoich reakcjach, opisy zachowania cieczy lepkosprężystych były do tej pory błędne. Zrozumienie zachowania takich płynów pozwoli na projektowanie dokładniejszych systemów kontroli przepływu, na przykład w aparaturze laboratoryjnej, aparaturze medycznej, dozownikach leków, czy choćby głowicach drukarek atramentowych.

Jedzenie w nocy może poważnie uszkadzać zęby. Analiza dokumentacji medycznej 2.217 Duńczyków ujawniła, że zwiększa ono ryzyko utraty zębów i to bez względu na rodzaj przekąski. Badacze z Uniwersytetu w Kopenhadze uważają, że opisywane zjawisko jest skutkiem zmian w ilości śliny. Nocą jej wydzielanie bardzo spada, a więc resztki pokarmu przyklejają się do zębów i pozostają tam na dłużej. Razem z amerykańskimi naukowcami akademicy ze stolicy Danii przeanalizowali przypadki 2.217 krajanów, którzy wzięli wcześniej udział w innym medycznym studium. Okazało się, że 173 osoby (8%) można było uznać za nocnych podjadaczy. Oznacza to, że aż ¼ dostarczanych swojemu organizmowi kalorii spożywały one po kolacji lub co najmniej 2 razy w tygodniu budziły się w nocy na małe co nieco. Kiedy zespół przez 6 lat śledził losy badanych, ustalono, że podjadcze stracili więcej zębów. Wynik pozostawał taki sam po uwzględnieniu innych potencjalnie istotnych czynników, takich jak wiek, palenie i spożycie cukrów. Dr Jennifer Lundgren podkreśla, że stomatolodzy powinni lepiej edukować pacjentów regularnie odwiedzających nocą lodówkę i zwiększyć intensywność badań przesiewowych. Specjaliści odradzają nocne spożywanie słodkich bądź kwasowych pokarmów i napojów, zalecają też, by na godzinę przed ostatnim myciem zębów pić tylko wodę.

Białko ze śliny kleszcza może stanowić lek na miastenię – chorobę autoimmunologiczną, która charakteryzuje się osłabieniem i męczliwością mięśni szkieletowych (Annals of Neurology). Miastenia tak osłabia pacjentów, że wskutek zaburzeń oddechowych zostają podłączeni do respiratora. Niestety, konwencjonalne metody leczenia bywają toksyczne – opowiada Henry Kaminski, szef Wydziału Neurologii i Psychiatrii na Saint Louis University. Naprawdę potrzebujemy lepszych metod terapii, a nasze studium jest pierwszym krokiem w tym kierunku. Do objawów miastenii (łac. myasthenia gravis) należą: opadanie powiek, zmiana mimiki twarzy, opadanie żuchwy, co w znacznym stopniu upośledza gryzienie czy połykanie, uczucie słabości w obrębie nóg i rąk, chroniczne zmęczenie mięśni, rozmazane/podwójne widzenie oraz wspomniane zaburzenia oddychania. Pacjenci mają też problemy z emisją głosu. Stosowane dotąd leki, np. glukokortykosteroid prednizon, są skuteczne, powodują jednak sporo efektów ubocznych, m.in. cukrzycę, osteoporozę, przyrost wagi i jaskrę. Inne metody (np. plazmafereza – oczyszczanie osocza z dużych cząstek, w tym kompleksów immunologicznych) są drogie i wiążą się z wysokim ryzykiem zakażeń, zawałów i udarów. Wg specjalistów, miastenia jest wynikiem nadreaktywności układu dopełniacza, czyli zespołu kilkudziesięciu białek, które odpowiadają za walkę z bakteriami, grzybami i wirusami za pomocą lizy czy opsonizacji oraz za aktywację ogólnej odpowiedzi odpornościowej. U osób chorych na miastenię przeciwciała blokują receptory acetylocholinowe płytki nerwowo-mięśniowej, a więc w miejscu połączenia synaptycznego między neuronem ruchowym a komórką mięśniową. Prowadzi to do aktywacji dopełniacza, co nie dopuszcza do skurczu mięśni i objawia się ich osłabieniem. Z tego powodu lekarzom zależy na znalezieniu leków hamujących dopełniacz. Tego typu substancję - rEV576 - wykryto właśnie w ślinie kleszczy. Dzięki niej pajęczakom udaje się nie uruchomić reakcji odpornościowej wysysanego z krwi gospodarza. Zespół Kaminskiego przetestował rEV576 na dwóch grupach szczurów z łagodną i nasiloną miastenią. Okazało się, że stan gryzoni, którym podawano białko, się poprawił: udało się zmniejszyć osłabienie i zahamować utratę wagi. Amerykanie mają nadzieję, że rEV576 sprawdzi się także w przypadku ludzi, a ponieważ żerując na nas, kleszcze nie wywołują reakcji alergicznej, nie powinny wystąpić efekty uboczne.

Choć codziennie mijamy się i "wymieniamy" bakteriami z mnóstwem ludzi, każdy z nas posiada w swojej jamie ustnej unikalną kompozycję mikroorganizmów. Co ciekawe jednak, kolekcja ta nie wykazuje, jak mogłoby się wydawać, żadnych istotnych zróżnicowań w zależności od miejsca zamieszkania. Zależy za to, i to bardzo wyraźnie, od indywidualnych cech biologicznych ich nosicieli. Odkrycia dokonał zespół prowadzony przez Marka Stonekinga, antropologa pracującego dla Instytutu Maxa Plancka. Wraz z kolegami przebadał on bakterie zawarte w ślinie 120 osób zamieszkujących 10 miast na pięciu kontynentach. Ku zaskoczeniu badaczy okazało się, że zdecydowana większość bakterii wyizolowanych z śliny uczestników studium nie podporządkowuje się jakimkolwiek uwarunkowaniom geograficznym. Pomysł na identyfikację pochodzenia lub tożsamości ludzi na podstawie indywidualnych cech flory bakteryjnej wziął się z odkryć dokonanych wcześniej na podstawie analizy genomu Helicobacter pylori, mikroorganizmu odpowiedzialnego za wrzody żołądka. Ponieważ DNA bakterii mutuje szybciej od ludzkiego, badacze uznali (a następnie potwierdzili doświadczalnie), że na podstawie analizy DNA zawartego w komórkach H. pylori wyizolowanych z żołądków ludzi w różnych rejonach świata będzie można odtworzyć... kierunki dawnych migracji ludzkości. Niestety, analiza flory jamy ustnej, choć jest znacznie prostsza technicznie, nie daje równie wiarygodnych wyników. Spośród czternastu tysięcy gatunków bakterii wyizolowanych z śliny uczestników, tylko nieliczne poddają się jakimkolwiek trendom geograficznym. Zaobserwowano za to, że istnieją wyraźne różnice pomiędzy gatunkami i szczepami bakterii zamieszkującymi usta poszczególnych osób, nawet jeśli zamieszkują one blisko siebie. Czy to koniec poszukiwań? Absolutnie nie - badacz postanowił nie składać broni. Jego zdaniem, uzyskanie dodatkowych informacji na temat flory bakteryjnej jamy ustnej człowieka jest możliwe, lecz będzie wymagało wykorzystania bardziej zaawansowanych technik sekwencjonowania DNA. Kluczem będzie odkrycie bakterii, które przenoszą się z pokolenia na pokolenie - z matki na dziecko, lecz nie z jednej osoby na drugą np. poprzez pocałunki i inne sposoby transferu, tłumaczy kierunek swoich dalszych poszukiwań Stoneking. Trzymamy kciuki.

Niewykluczone, że na koncentrację uwagi czy uspokojenie już wkrótce nie będzie polecać się lecytyny czy herbatki z melisy. Zamiast dwóch istnieje bowiem jeden skuteczny środek: guma do żucia bez cukru. Andrew Scholey, behawiorysta ze Swinburne University, zebrał 40 osób. Średnia wieku oscylowała wokół 22 lat. Podczas eksperymentu wykorzystano symulację stresorów o zdefiniowanej intensywności (ang. defined intensity stressor simulation, DISS). Platforma ta umożliwia badanie skuteczności działania w kontrolowanych warunkach. Trzeba zaznaczyć, że wykonywane zadania nie należą do łatwych. Przed i zakończeniu pracy z DISS określano poziom 3 wskaźników: 1) lęku, 2) czujności i 3) stresu. Pomiarów dokonywano podczas żucia i w sytuacji braku gumy. Okazało się, że u osób żujących gumę stężenie hormonu stresu kortyzolu w ślinie było o 16% niższe niż u pozostałych ochotników. Ponieważ łatwiej im się było skupić, w stresujących warunkach uzyskiwali dużo lepszy średni wynik (aż o 67%). Z tego powodu profesor Scholey poleca żucie gumy np. podczas prowadzenia samochodu, egzaminów itp.

Badacze z University of Michigan dowodzą, że zdolność do wytwarzania potu to nie tylko gwarancja właściwego chłodzenia organizmu, ale także zabezpieczenie przed astmą powysiłkową (ang. Exercise-induced asthma, EIA). Osoby, które wytwarzają podczas ćwiczeń niewiele potu, śliny i łez, mają więcej problemów z oddychaniem. Amerykanie nie wykluczają, że za mało płynów znajduje się także wewnątrz ich dróg oddechowych. Wysuszenie dróg oddechowych prowokuje komórki tuczne do wytwarzania mediatorów, a to z kolei prowadzi do skurczu mięśniówki oskrzeli. Jest to zjawisko okresowe (mija samoistnie najdalej po godzinie), które występuje 5-15 minut po wysiłku fizycznym. Same objawy bardzo przypominają jednak symptomy astmy oskrzelowej. EIA dość często trapi zawodowych sportowców, przydarza się też amatorom, ale na razie słabo poznano przyczyny tej przykrej przypadłości. Jest niejasne, czemu tylu czołowych sportowców cierpi na astmę powysiłkową. Być może symptomy pojawiają się jako skutek natężenia wysiłku i tempa oddychania, które są bardzo wysokie w porównaniu do innych atletów – dywaguje dr Warren Lockette. Amerykanie wzięli pod lupę 56 osób, u których podejrzewano astmę powysiłkową. Zmierzyli ich reakcję na dwa preparaty: 1) pilokarpinę, alkaloid zwiększający wytwarzanie potu i śliny (uzyskuje się go z liści południowoamerykańskiego krzewu Pilokarpus jaborandi) oraz 2) metacholinę, która może wywołać skurcz dróg oddechowych u pacjentów z EIA. Przed i po podaniu metacholiny określano wskaźnik spirometryczny FEV1 (wartość natężonej pierwszosekundowej objętości wydechowej). Okazało się, że sportowcy najbardziej wrażliwi na metacholinę (z największym spadkiem FEV1) najsłabiej reagowali na pilokarpinę. Z kolei największą potliwość odnotowano wśród osób najsłabiej reagujących na metacholinę. W pocie ochotników z objawami EIA stwierdzono też niższe stężenie sodu. Naukowcy wpadali również na trop silnej zależności między wydzielaniem potu a niestymulowaną sekrecją śliny i łez (a więc w sytuacji braku interwencji farmakologicznej). Zagrożenie ze strony nadwrażliwych dróg oddechowych można zniwelować, dbając o jakość, głównie o wilgotność, powietrza na sali treningowej. Wg Lockette'a, sportowcy powinni też przestrzegać indywidualnie skomponowanej diety i dbać o nawodnienie organizmu. Na razie tego nie udowodniono, ale wydaje się, że zmniejszona potliwość oznacza też mniejszą ilość płynów w drogach oddechowych. Łzy, uznawane za wyraz słabości, bywają więc zbawienne na bieżni czy w piaskownicy. Przynajmniej chronią przed napadem duszności...

W związku z najnowszymi odkryciami dotyczącymi ludzkiej śliny w niedalekiej przyszłości powiedzenie o "lizaniu ran" przestanie być wyłącznie metaforą. Holendrzy odkryli w niej bowiem substancje znacznie przyspieszające gojenie (The Journal of Federation of American Societies for Experimental Biology). Wg członków zespołu Menno Oudhoffa, wyniki eksperymentów mają odniesienie do leczenia owrzodzenia towarzyszącego tzw. stopie cukrzycowej, a także ofiar wypadków i poparzeń. Odkryte związki można produkować na skalę przemysłową. Niewykluczone więc, że wytwarzane na ich bazie preparaty staną się równie popularne, co maści antybiotykowe lub spirytus odkażający. Badacze wykazali, że histatyna, której wcześniej przypisywano jedynie właściwości bakteriobójcze, jest szczególnie skutecznym czynnikiem przyspieszającym gojenie. Naukowcy hodowali komórki nabłonka wewnętrznej strony policzka do momentu, aż całkowicie pokryły szczelną warstwą dna 2 naczyń. Następnie w każdym wydrapali sztuczną ranę. Do jednej szalki Petriego dolano płynu izotonicznego bez żadnych dodatków, w drugiej komórki pokryto ludzką śliną. Po 16 godzinach okazało się, że ślina doprowadziła do niemal całkowitego zamknięcia się rany, podczas gdy w naczyniu z izotonikiem większa część rany pozostawała nadal otwarta. W takiej sytuacji należało tylko wśród wielu kandydatów zidentyfikować substancję odpowiedzialną za zaobserwowany efekt. Po zakończeniu analiz wyszło na jaw, że jest nią właśnie histatyna.

Grupa badaczy z pięciu amerykańskich uczelni zdefiniowała proteom śliny, czyli pełny spis białek wchodzących w jej skład. Zawiera ona aż 1116 różnych protein, z których wiele może za kilka-kilkanaście lat znaleźć rutynowe zastosowanie w diagnostyce. Ślinę pobierano bezpośrednio z gruczołów, by uniknąć zanieczyszczenia białkami pochodzącymi z pożywienia oraz wytwarzanymi przez bakterie. Aż dwadzieścia procent wykrytych białek wchodzi także w skład krwi. Pozwala to przypuszczać, że w niedalekiej przyszłości analiza próbki pobranej z jamy ustnej będzie mogła w niektórych sytuacjach zastąpić nieprzyjemne dla wielu pacjentów wkłuwanie się do żyły. Do badania pobrano ślinę od dwudziestu trzech zdrowych kobiet i mężczyzn. Reprezentowali oni różne grupy etniczne, dzięki czemu uzyskane wyniki można z większym prawdopodobieństwem odnieść do całej ludzkości. Analizy dokonano za pomocą techniki zwanej spektroskopią masową, co pozwoliło na zbadanie wielkości białek oraz ich ładunku elektrycznego. Następnie uzyskane wyniki porównano z proteomem ludzkiej krwi oraz łez. Badania wykonane przez Amerykanów pozwalają przypuszczać, że już niedługo w procesie wykrywania niektórych chorób będzie można uniknąć pobierania krwi. Używanie do badania śliny ma kilka istotnych zalet. Można je wykonać samodzielnie, jest szybsze i wygodniejsze, a także bezpieczniejsze - ryzyko infekcji spada do minimum. Naukowcy wymieniają kilka chorób, które już dziś można zdiagnozować z użyciem wspomnianego testu. Jego skuteczność potwierdzono dotychczas eksperymentalnie w wykrywaniu białek związanych z chorobami Parkinsona, Alzheimera i Huntingtona (ciężka, postępująca nieuchronnie degeneracja neuronów). Kilka innych testów, opartych o wykrywanie odpowiednich przeciwciał, pozwala już dziś wykryć nosicielstwo takich wirusów, jak HIV czy wirus zapalenia wątroby typu B. Badacze nie poprzestają jednak na tym - wierzą, że za kilka lat z użyciem podobnych analiz będzie można przewidywać ryzyko zapadnięcia na choroby cywilizacjne, np. choroby serca, nowotwory oraz cukrzycę. Związany z projektem naukowiec, Fred Hagen, tłumaczy znaczenie odkrycia jego zespołu: Wyobrażamy sobie, jak w przyszłości pacjent pluje do probówki, a my szukamy w niej np. proteiny potwierdzającej obecność raka piersi. Pobranie materiału do badania jest bardzo proste, potencjalnie można je wykonać nawet we własnym domu. Apeluje też do środowiska naukowego: Opublikowaliśmy nasze wyniki, bo oczekujemy, że poszczególne grupy badawcze będą wybierały grupy chorób i analizowały przydatność badania śliny jako nowej, skutecznej metody diagnostycznej. Nam, pacjentom, pozostaje trzymanie kciuków za powodzenie dalszych badań.

Ludzkie ciało wytwarza środek przeciwbólowy 6 razy skuteczniejszy od morfiny. By uśmierzyć ból, szczurom można było podawać dużo niższe stężenia opiorfiny. Francuscy naukowcy uważają, że odkrycie to przyczyni się do opracowania nowych metod zwalczania bólu (Proceedings of the National Academy of Sciences). Inni eksperci w to powątpiewają. Badacze wyizolowali naturalny środek przeciwbólowy ze śliny, przypuszczają jednak, że może on występować również w innych częściach ciała. Efekty działania opiorfiny testowano na dwóch grupach szczurów: 1) gryzoniach, u których chemicznie wywoływano chroniczny ból oraz 2) zwierzętach, u których mechanicznie powodowano ostry ból. Akademicy odkryli, że zastrzyki z 1 miligrama opiorfiny przypadającego na kilogram masy ciała były tak samo skuteczne, jak iniekcje z 6 mg morfiny na kg wagi (taka dawka jest stosowana w terapii silnego bólu). Nie wiadomo, jaki mechanizm leży u podłoża zaobserwowanego zjawiska, ale naukowcy sądzą, że opiorfina hamuje rozkład enkefalin, związków występujących w centralnym układzie nerwowym i modyfikujących reakcję na bodźce bólowe. Badacze z Instytutu Pasteura w Paryżu, pracujący pod przewodnictwem profesor Catherine Rougeot, chcą określić profil farmakologiczny opiorfiny i potencjalne efekty uboczne jej zastosowania. John Wood, profesor biologii molekularnej z Uniwersyteckiego College'u Londyńskiego, podsumowuje: Odkrycie, że ludzka ślina zawiera białka o działaniu przeciwbólowym, jest bardzo interesujące. Jest ono skutkiem natrafienia na ślad podobnych białek u szczurów oraz krów. Opiorfina hamuje rozkład naturalnych białek morfinopodobnych. Analogicznie działające leki nie znalazły jednak zastosowania w szpitalach i nadal nie dysponujemy niezbitymi dowodami na to, że białka te odgrywają ważną rolę w fizjologicznej kontroli percepcji bólu. Dlatego też znaczenie opisywanego odkrycia dla kontroli bólu nie jest pewne.