Znajdź zawartość

Od jakiegoś czasu znany jest dodatni wpływ estrogenu - żeńskiego hormonu płciowego - na sprawność intelektualną mózgu. W tych właściwościach upatrywano remedium na neurodegeneracyjne choroby mózgu: alzheimera, demencję, parkinsona. Kłopot z tym, że długotrwała terapia estrogenowa powoduje zwiększone ryzyko chorób serca, udaru mózgu i raka. Nie było dotychczas sposobu na likwidację tych negatywnych skutków ubocznych. Rozwiązać problem udało się zespołowi naukowców z Northwestern University w Chicago. Deepak Srivastava, kierownik projektu, wraz ze współpracownikami opracował związek, który pozwala skorzystać z dobroczynnych właściwości estrogenu bez skutków ubocznych. Wymagało to zbadania i zrozumienia mechanizmu, w jaki estrogen wzmacnia mózg, a następnie uruchomienia go inną metodą. Jak się okazuje, estrogen silnie pobudza wytwarzanie nowych połączeń pomiędzy neuronami kory mózgowej. Zespół Srivastavy stwierdził, że neurony potrafią same wytwarzać estrogen, w pobliżu wypustek dendrytycznych, tworzących połączenia w mózgu, odkryto bowiem nagromadzenie aromatazy, białka odgrywającego kluczową rolę w produkcji estrogenu. Skoro mechanizm jest na miejscu i gotowy do użycia, postanowiono z niego skorzystać. Naukowcy z Northwestern opracowali zatem sposób na imitowanie działania estrogenu i uruchomienie receptora estrogenu, to zaś skutkuje pożądanym przyrostem ilości połączeń w mózgu. Ponieważ większość chorób neurodegeneracyjnych wiąże się z niszczeniem tych właśnie połączeń, opracowany sposób może posłużyć jako skuteczna terapia hamująca, lub nawet odwracająca skutki choroby. Odkrycie zostało zaprezentowane na konferencji Neuroscience 2010 w San Diego.

Napędzanie samochodów wodorem to bardzo pociągające idea, która jest niezwykle trudna w realizacji. Wodór jest bowiem bardzo trudno przechowywać i nikt dotychczas nie potrafi skonstruować samochodowego zbiornika, który będzie prosty i bezpieczny w eksploatacji,a jednocześnie zabierze ilość paliwa wystarczającą do przejechania kilkuset kilometrów. Jedną z metod radzenia sobie z tym problemem jest zamykanie wodoru w pułapkach z węgla, tlenu i wodoru połączonych jonami metali. Takie krystaliczne struktury zwane MOF (metal-organic framework) są bardzo obiecujące, jednak są toksyczne i trudne w produkcji. Tymczasem Fraser Stoddard z Northwestern University proponuje produkcję MOF z materiałów biodegradowalnych, odnawialnych, łatwo dostępnych i całkowicie bezpiecznych dla człowieka. Tak bezpiecznych, że... można je jeść. Przepis na bezpieczne MOF-y brzmi: cukier (gamma cyklodekstryna), sól (benzoesan potasu lub chlorek potasu), woda, alkohol. Jak mówi doktor Ronald Smaldone, całość smakuje nieco jak krakersy. Jednak odpowiednie przygotowanie wymienionych powyżej składników powoduje, że powstają kryształy zdolne do wiązania wodoru, z których wodór w łatwy sposób się uwalnia. Kryształy MOF są wykorzystywane od 1999 roku do przechowywania gazów. Jednak do ich produkcji potrzebna jest ropa naftowa, przez są one toksyczne, a zatem niebezpieczne w użyciu i wymagają specjalnego obchodzenia się zarówno w czasie użytkowania, jak i podczas składowania na wysypisku. Tymczasem nowe MOF są tak bezpieczne, że po użyciu można je po prostu rozpuścić w wodzie i wylać do zlewu. Głównym składnikiem "przepisu" Stoddarda jest gamma cyklodekstryna. To ona tworzy molekularny szkielet pułapki i dzięki niej powstają kryształy. Gdy uczeni zbadali je pod mikroskopem, ze zdziwieniem zauważyli, że utworzyły one MOF, które są trudne do uzyskania za pomocą składników organicznych. W MOF-ach bardzo ważna jest symetria. A problem z naturalnymi materiałami jest taki, że nie tworzą one symetrycznych struktur, przez co nie krystalizują w uporządkowane struktury - mówi Stoddard. Bliższe badania pokazały, że symetrię zapewnia gamma cyklodekstryna, która składa się z ośmiu symetrycznie rozłożonych merów glukozowych. Uczeni najpierw rozpuścili gamma cyklodekstrynę i sól potasową w wodzie, którą później odparowano w obecności alkoholu. W efekcie takich działań powstały kryształy w formie sześcianów, składające się z sześciu molekuł gamma cyklodekstryny połączonych w trójwymiarową strukturę za pomocą jonów potasu. Wcześniej nie znano tego typu struktur. Niewykluczone, że uda się je też uzyskać z zastosowaniem innych materiałów. Nowo powstałe struktury posiadają liczne łatwo dostępne pory, które można wykorzystywać do przechwytywania i przechowywania gazów. Pory stanowią aż 54% objętości struktury. Naukowcy mają więc nadzieję, że ich wynalazek uda się wykorzystać wszędzie tam, gdzie dotychczas stosowano tradycyjne MOF-y.

Nie tylko szczury i ludzie potrafią odnajdować drogę w labiryncie. Udaje się to też... kroplom oleju. Najnowsze badania prowadzone przez zespół Bartosza Grzybowskiego z Northwestern University mogą pomóc w znalezieniu nowych sposobów leczenia nowotworów. Naukowcy skupili się na kroplach oleju podczas prac nad efektywnymi metodami dostarczania leków do komórek nowotworowych. To bardzo trudne zadanie, gdyż układ krwionośny tworzy bardzo skomplikowany labirynt, w którym łatwo zgubić drogę. Zespół Grzybowskiego stworzył krzemowy labirynt o powierzchni 6,5 centymetra kwadratowego. Został on wypełniony alkalicznym roztworem wodorotlenku potasu. U wejścia do labirynu umieszczano albo niewielką kroplę oleju mineralnego albo dichlorometanu, wzbogacone o słaby kwas i czerwony barwnik. Krople miały samodzielnie dotrzeć przez labirynt do wyjścia, przy którym znajdował się żel z agarozy zanurzony w kwasie solnym. Znalezienie właściwej drogi zajęło kroplom około minuty. Było to możliwe dzięki temu, że kwas z żelu stopniowo przenikał do wodorotlenku potasu, tworząc kwasowy gradient. Roztwór bliżej wyjścia był bardziej kwaśny, a przy wejściu - bardziej zasadowy. Dochodziło do reakcji z kwasem zawartym w kropli. Jej część zwrócona w stronę wyjścia stawała się bardziej kwaśna, niż część zwrócona w stronę wejścia do labiryntu. To powodowało powstanie napięcia powierzchniowego, które napędzało kroplę przesuwając ją w stronę wyjścia. Krople zawsze odnajdowały najkrótszą drogę przez labirynt. Nazwaliśmy je chemo-szczurami - mówi Grzybowski. Naukowcy zaobserwowali, że krople dichlorometanu poruszały się szybciej niż krople oleju mineralnego. Odkrycie można wykorzystać w leczeniu nowotworów, gdyż guzy mają bardziej kwaśny odczyn niż reszta organizmu, teoretycznie więc możliwe jest opracowanie takiego nośnika dla leków, który będzie je transportował w stronę kwaśnych komórek nowotworowych. Jednak potencjalne zastosowania badań Grzybowskiego wykraczają poza medycynę. Uczeni zauważyli, że gdy jednocześnie wpuścili do labiryntu dwie krople, niemal nigdy nie dochodziło między nimi do zderzenia. Niewykluczone zatem, że prace naukowców z Illinois posłużą do zbudowania systemów analizowania ruchu w mieście. Ponadto mogą przyczynić się do zbudowania niewielkich pomp, urządzeń zamieniających energię chemiczną w mechaniczną czy też pozwolą na rozwiązywanie problemów NP-zupełnych, które stanowią poważne wyzwanie dla współczesnych komputerów.

Na Northwestern University powstała nowa technologia litograficzna, która może zrewolucjonizować produkcję układów scalonych. Litografia piórem świetlnym (beam-pen litography - BPL) pozwala na szybkie i tanie tworzenie prototypowych układów scalonych. Chodzi o miniaturyzację - mówi Chad A. Mirkin, profesor z Northwestern University. Konwencjonalne urządzenia do mikro- i nanoprodukcji są bardzo drogie. Próbujemy zmienić to za pomocą nowego podejścia do fotoligotrafii - dodaje. Za pomocą nowego narzędzia uczeni stworzyli 15 000 identycznych rysunków przedstawiających uproszczoną panoramę Chicago. Efekt taki uzyskano w pół godziny dzięki jednoczesnemu zaangażowaniu 15 000 piór świetlnych. Za pomocą konwencjonalnych metod litograficznych można uzyskać wzory o równie małych rozmiarach, jednak ich tworzenie trwa znacznie dłużej i nie jest możliwe tworzenie ich na dużych powierzchniach. Każda z miniaturowych panoram składa się ze 182 kropek o średnicy około 500 nanometrów. Do uzyskania pojedynczej kropki konieczne było wystawienie podłoża na działanie strumienia światła przez 20 sekund. Obecnie prototypowe urządzenie pozwala na uzyskanie elementów wielkości 150 nanometrów, a udoskonalenie pióra pozwoli na zmniejszenie ich poniżej 100 nm. Uczeni z Northwestern już stworzyli kolejny prototyp wykorzystujący 11 milionów piór zgromadzonych na przestrzeni kilku centymetrów kwadratowych. To już trzecie pióro litograficzne w arsenale Mirkina. W 1999 roku opracował on technologię Dip-Pen Nanolithograpny, a w 2008 - polymer-pen lithography (PPL). Obie te techniki służą do nanoszenia na podłoże materiału chemicznego. BPL jest podobna do PPL, z tą jednak różnicą, że zamiast "atramentu" z molekuł, używa strumienia światła. Każde z piór ma kształt piramidy, pokrytej cienką warstwą złota. Następnie złoto usuwane jest z czubka, tworząc otwór. Piramidy łączone są w matrycę, w której znajdują się do góry nogami. Duże otwarte podstawy piramid wystawiane są na działanie światła, a jego strumienie przedostają się przez otwarte czubki i precyzyjnie trafiają w określone miejsce materiału światłoczułego. Kolejną zaletą takiego rozwiązania jest fakt, że nie musimy używać wszystkich piór jednocześnie - dodaje Mirkin. Uczony dodaje, że jego technologia posłuży to szybkiej i taniej produkcji prototypów. Niewykluczone, iż przyda się też do tworzenia gotowych układów.

Trzej naukowcy z Northwestern University zademonstrowali, w jaki sposób można manipulować właściwościami reklamy, by zwiększyć prawdopodobieństwo, że klienci wybiorą określony produkt. Wyniki eksperymentu Ryana Hamiltona, Jiewena Honga oraz Alexandra Cherneva stoją w sprzeczności z modelami ekonomicznymi, zgodnie z którymi wybory konsumenckie bazują na stałych preferencjach i nie powinny na nie wpływać pośledniejsze (oceniane jako gorsze) alternatywy. Amerykanie pokazali, jak grupowanie produktów o podobnych właściwościach może pozwolić zaistnieć opcjom niepodobnym do nich. Weźmy jako przykład dwie kanapy. Kanapa A ma miękkie poduszki, sofa B jest trwalsza, odporniejsza na uszkodzenie. Mebel A wybiera mniejszość, bo 42,3% badanych. Gdy jednak do kanap A i B dodamy trzy inne sofy, wszystkie z twardszymi poduszkami, preferencje dla mięciutkiej kanapy A wzrastają aż do 77,4% (Journal of Consumer Research). Jak widać, ważny jest nie tylko sam produkt, ale jego otoczenie i zestawienia.

Aby umieć odróżnić bukiet zapachowy i smakowy uzyskiwany przez zastosowanie winogron z różnych szczepów, np. pionot noir i cabernet sauvignon, wcale nie trzeba się zapisywać na kursy dla somelierów. Wystarczy sobie nalać parę kieliszków i wąchać oraz próbować. Dość szybko mózg pomoże całkiem zwyczajnej osobie stać się początkującym enologiem, czyli znawcą win. Studium naukowców z Northwestern University pokazało, że mózg uczy się odróżniać podobne zapachy poprzez bierne zdobywanie doświadczenia. Rzuciło to nieco światła na proces, za pośrednictwem którego od momentu narodzin zdobywamy umiejętność rozpoznawania tysięcy woni. Eksperyment Amerykanów po raz pierwszy ujawnił, jak i gdzie mózg modyfikuje oraz uaktualnia informacje na temat zapachów. Połowa badanych przez 3 minuty wdychała zapach miętowy, druga połowa kwiatowy. Po okresie wydłużonej ekspozycji zapachowej wolontariusze stawali się ekspertami albo w zakresie mięty, albo w zakresie kwiatów (w zależności o tego, jaką woń im prezentowano). Gdy potem członkowie pierwszej grupy stykali się z jakimś miętowym zapachem, potrafili lepiej różnicować podobne wonie z całej gamy. Nie inaczej było w przypadku osób z grupy kwiatowej. Innymi słowy: badani wystawieni na działanie jednego zapachu miętowego stawali się ekspertami w dziedzinie innych miętowych woni. Testy wykazały, że umiejętności te utrzymywały się przez co najmniej 24 godziny (Neuron). Kiedy przez dłuższy czas masz kontakt z jednym zapachem, stajesz się ekspertem w zakresie woni należących do tej samej źródłowej kategorii — zauważa Jay Gottfried, profesor nadzwyczajny neurologii. Chcąc zmierzyć aktywność mózgu wolontariuszy w czasie eksperymentu, badacze posłużyli się rezonansem magnetycznym (MRI). Zobaczyli, że przedłużona ekspozycja zapachowa silniej aktywowała korę okołooczodołową (region związany z powonieniem, emocjami oraz motywacją). Pokrywało się to z poprawą umiejętności odróżniania podobnych zapachów. Wcześniej nikt nie wiedział, która część mózgu odpowiada za tego typu uczenie. My odkryliśmy, że nasilenie reakcji w obrębie kory okołooczodołowej pozwala przewidzieć, jak dobrym ekspertem zapachowym może się stać wskutek biernego uczenia dana osoba — tłumaczy Wen Li, szefowa badań. Informacje o zapachu nie są statyczne ani sztywno powiązane z jakimiś obszarami korowymi. Przeciwnie: są wysoce podatne na zmianę i mogą się nagle zmienić pod wpływem doświadczenia zmysłowego. Tę "giętkość" nazywa się plastycznością neuronalną.