Znajdź zawartość

Na australijskim University of Queensland powstał pierwszy mikroskop wykorzystujący efekt splątania kwantowego, który przewyższa obecnie dostępne mikroskopy. Pozwala on dostrzec niewidoczne dotychczas struktury biologiczne. Mikroskop będzie niezwykle przydatny w biotechnologii, a wykorzystane przezeń techniki mogą znaleźć szereg zastosowań od nawigacji po obrazowanie medyczne. Ten przełom pozwoli na rozwój wielu nowych technologii, od doskonalszych systemów nawigacyjnych po lepsze maszyny do rezonansu magnetycznego, mówi profesor Warwick Bowen z Quantum Optics Lab i ARC Centre of Excellence for Engineered Quantum Systems. W końcu pokazaliśmy czujnik, który przewyższa istniejące technologie niekwantowe. To niezwykle ekscytujące. Mamy tutaj pierwszy dowód na to, że wykorzystanie splątania kwantowego w obrazowaniu może prowadzić do całkowitej zmiany paradygmatu, stwierdza Bowen. W opracowanej przez australijską armię Quantum Technology Roadmap, czujniki kwantowe mają dokonać rewolucji w dziedzinie opieki zdrowotnej, inżynierii, transporcie czy wykorzystaniu surowców. Największym osiągnięciem australijskich naukowców jest przekroczenie niepokonanej dotychczas bariery, z którą zmagała się mikroskopia optyczna. Najlepsze mikroskopy optyczne wykorzystują lasery, których światło jest miliardy razy jaśniejsze niż światło słoneczne. Delikatne systemy biologiczne, jak ludzkie komórki, mogą przetrwać w takich warunkach jedynie przez krótki czas. To poważny problem. Tymczasem dzięki kwantowemu splątaniu uzyskaliśmy w naszym mikroskopie 35-procentową poprawę jakości obrazu bez jednoczesnego niszczenia komórek. To pozwoliło nam na zobrazowanie miniaturowych struktur, które normalnie pozostałyby niewidoczne, wyjaśnia Bowen. Badania Australijczyków zostały opisane na łamach Nature. Były one finansowane przez Biuro Badań Naukowcy US Air Force oraz Australian Resarch Council. « powrót do artykułu

Gruźlica, w krajach rozwiniętych niemal zapomniana, w ubogich rejonach Azji czy Afryki wciąż zabija, Według Światowej Organizacji Zdrowia umiera na nią około 1,3 miliona osób rocznie. Wszystko przez brak środków finansowych na leczenie i diagnostykę. Problem diagnostyki być może niedługo znacznie się rozwiąże, dzięki pomysłowemu inżynierowi z amerykańskiego Uniwersytetu Rice'a. Komercyjny, laboratoryjny mikroskop fluorescencyjny pozwalający identyfikować prątki gruźlicy w wymazach kosztuje 40 tysięcy dolarów. Andrew Miller, obecnie absolwent Uniwersytetu Rice'a jest konstruktorem taniej, przenośnej wersji. Jego dzieło waży zaledwie około 1,25 kilograma i jest zasilane z baterii. Wykorzystał przy tym elementy dostępne w sklepach, na przykład źródłem światła jest latarka z diodami LED. Obudowa prototypu powstała na drukarce 3D, jakiej często używają majsterkowicze, kolejne egzemplarze zyskały obudowę z aluminium. Całość kosztowała zaledwie 240$ - niemal 200 razy taniej. Przy współpracy naukowców z Instytutu Badawczego Szpitala Metodystów (The Methodist Hospital Research Institute, TMHRI) przetestowano skuteczność przenośnego mikroskopu na próbkach 63, w tym 19 pobranych od chorych. Skuteczność wyniosła 98,4% i była równie dobra, jak tradycyjnego, stacjonarnego mikroskopu. Wynalazek, nazwany Global Focus zdobył doroczną nagrodę Hershel M. Rich Invention Award za 2009 rok, przyznawaną dla najlepszego wynalazku skonstruowanego na Uniwersytecie Rice'a. Po raz pierwszy w historii nagrodę tę zdobył projekt studenta. Dzieło Andrew Millera ma szansę zrewolucjonizować leczenie gruźlicy w rejonach, których nie stać na drogi sprzęt laboratoryjny i w których często nie ma nawet prądu. Obecnie trwają prace nad komercjalizacją wynalazku. Dwadzieścia testowych egzemplarzy wykonanych przy współpracy firmy 3rd Stone Design zostanie teraz poddanych próbom „terenowym". Inny studencki zespół tego samego uniwersytetu pracuje nad oprogramowaniem pomagającym mniej doświadczonym laborantom poprawnie interpretować wyniki rozmazów na obecność prątków gruźlicy. Program wykorzystujący przetwarzanie obrazu ma działać na urządzeniach przenośnych, jak smartfony.

Na University of Texas w San Antonio rozpoczął pracę najpotężniejszy mikroskop na świecie. Transmisyjny mikroskop elektronowy JEM-ARM200F firmy JEOL powiększa obiekty... 20 milionów razy. Jego twórcy mają nadzieję, że przyczyni się on do opracowania nowych terapii pomocnych w walce z nowotworami. Będziemy w stanie obserwować zachowanie nanocząsteczek atom po atomie - mówił Miguel Yacaman z University of Texas. Docelowo mikroskop stanie w pomieszczeniu, które zostało stworzone specjalnie na jego potrzeby, a które ma go chronić przed wibracjami. Jednak urządzenie już teraz jest używane przez zespół Yacamana do projektowania kształtu nanocząsteczek, które po oświetleniu laserem będą niszczyły komórki nowotworowe. Amerykanie nie wykluczają, że mikroskop zostanie udostępniony uczonym z całego świata. Może on pracować przez 7 dni w tygodniu po 24 godziny na dobę.

Nowa metoda mikroskopowania, korzystająca z osiągnięć nanotechnologii, została zaprezentowana przez naukowców z Uniwersytetu Utah. Jak twierdzą jej autorzy, pozwoli ona na badanie struktur krystalicznych z niezwykłą precyzją. Sercem wynalazku jest umieszczana pod badanym preparatem płytka pokryta warstwą nanocząstek srebra. Każda z tych mikroskopijnych struktur działa niczym zwierciadło, odbijając padające na nią światło. Część z niego trafia za pośrednictwem układu optycznego do oka obserwatora. Efektem jest, tak jak w każdym mikroskopie, silnie powiększony obraz badanego obiektu. Zastosowanie nanocząstek srebra umożliwiło znaczące zwiększenie rozdzielczości uzyskiwanego obrazu. Dzięki możliwości oświetlania ściśle określonych grup "zwierciadeł" oraz manipulowaniu właściwościami padającego na nie światła możliwe jest także oświetlanie próbki "na raty", tzn. kawałek po kawałku. Ogranicza się w ten sposób powstawanie przypadkowych refleksów, mogących obniżyć jakość uzyskiwanych obrazów. Kolejną zaletą opracowanej metody jest możliwość całkowitej rezygnacji ze stosowania barwników fluorescencyjnych. W wielu stosowanych obecnie technikach są one przyłączane do składników badanego preparatu. Zwiększa się w ten sposób kontrast uzyskiwanego obrazu (a więc jest korzystne dla jego jakości), lecz może to powodować wiele niekorzystnych efektów, na czele z toksycznością dla struktur ożywionych. Idealnym przykładem zastosowania mikroskopii z wykorzystaniem lustra złożonego ze srebrnych nanocząstek wydaje się badanie kryształów. Preparaty o takiej strukturze posiadają niezwykłą zdolność "porządkowania" przechodzącej przez nie wiązki światła. Jeżeli wykorzysta się tę właściwość i oświetli się próbkę falami o odpowiednich właściwościach, można uzyskać niezwykle precyzyjne obrazy pozwalające na określenie jej wewnętrznej struktury. Metoda opracowana przez badaczy z Uniwersytetu Utah może znaleźć wiele zastosowań. Pozwala ona np. na badanie wielu typów konstrukcji pod kątem ukrytych wad strukturalnych, ocenę budowy struktur biologicznych oraz poszukiwanie nowych materiałów potencjalnie użytecznych w inżynierii. Z biegiem czasu z pewnością pojawi się także wiele nowych pomysłów na wykorzystanie tego precyzyjnego narzędzia.

Miniaturowy peryskop, umożliwiający obserwację komórek mikroorganizmów z wielu stron jednocześnie, został opracowany przez naukowców z Vanderbilt University. To proste urządzenie znacząco obniży koszty wykonywania badań laboratoryjnych i uprości mikroskopowanie. Korzystając ze standardowego mikroskopu laboratoryjnego można oglądać komórki tylko z jednej strony - z góry, tłumaczy dr Chris Janetopoulos, jeden z badaczy pracujących nad miniaturowym peryskopem. Jak wyjaśnia naukowiec, dzięki opracowanemu wynalazkowi możemy oglądać nie tylko wierzch komórek, lecz także ich boki, czyli to, czego biolodzy praktycznie nie dostrzegają. Konstrukcja przyrządu jest niezwykle prosta. Przypomina on standardowe szkiełko podstawowe do mikroskopowania, lecz na jego powierzchnię naniesione są liczne zagłębienia w kształcie odwróconych do góry nogami piramidek. Ich wnętrza są pokrywane, w zależności od wersji, warstewką złota lub platyny, pełniącą funkcję zwierciadła. Wielkość pojedynczego otworu jest porównywalna do średnicy ludzkiego włosa, lecz skonstruowanie modelu o innych wymiarach nie stanowi, oczywiście, większego problemu. Co ciekawe, ten sam zespół wytworzył nieco wcześniej dołki tak małe, że możliwe było ich wykorzystywanie do przechowywania... pojedynczych atomów. Zasada działania peryskopu jest niezwykle prosta. Część światła padającego na komórkę odbija się od jej boków, a następnie, po uprzednim odbiciu się od ścianek "piramidki", trafia do oka obserwatora. Można w ten sposób nie tylko oglądać badany obiekt z wielu stron, lecz także precyzyjnie ustalić jego pozycję w przestrzeni, jeżeli jest to np. komórka pływająca w roztworze. Pierwsze doświadczenia z mikroskopijnymi "piramidkami" pokazały, że umożliwiają one obserwację w czasie rzeczywistym nawet pojedynczych komórek pierwotniaków. Bez trudu można było zauważyć, jak pływają i dzielą się, dostrzeżono także liczne zmiany zachodzące we wnętrzu komórek. Wynalazek wydaje się oczywisty, lecz, choć trudno w to uwierzyć, nikt dotychczas nie opracował podobnego urządzenia. Korzyść z jego opracowania jest tymczasem ogromna, gdyż jego stosowanie umożliwia rezygnację ze standardowych metod mikroskopii trójwymiarowej, wymuszających stosowanie niezwykle drogiego sprzętu oraz złożonego oprogramowania komputerowego. Jak szacuje Ron Reiserer, jeden z badaczy biorących udział w projekcie, opracowane szkiełka z łatwością mogą stać się tak samo powszechne, jak zwykłe szkiełka mikroskopowe, i całkowicie wyeliminować kosztowne metody stosowane obecnie do ustalania pozycji pojedynczych komórek.

Miniaturowe mikroskopy, które będzie można montować wewnątrz czaszki transgenicznych myszy, pozwolą połączyć aktywność neuronów z konkretnymi zachowaniami zwierzęcia. To ważne, ponieważ zmodyfikowane gryzonie od lat służą jako modele różnych ludzkich chorób, np. astmy, parkinsonizmu czy zaburzeń genetycznych (Nature Methods). Twórcą takiego podejścia jest Mark Schnitzer z Uniwersytetu Stanforda. Dużo nad tym pracowano, używając np. preparatów z wycinkami mózgu lub znieczulonych zwierząt, czasem też świadomych, ale trzymanych w ryzach. Do tej pory nie udało się jednak zaobserwować aktywności na poziomie komórkowym u wolno poruszających się myszy. Mikroskop zespołu Schnitzera waży zaledwie 1,1 g. Zwierzę nie jest go więc w stanie wykryć, w niczym mu też nie przeszkadza. Został już użyty do oglądania przepływu krwi przez mózgowe naczynia włosowate o przekroju jednej komórki. Urządzenie zakłada się w znieczuleniu. W tym samym czasie wykonuje się zastrzyk, by specjalnym barwnikiem oznaczyć osocze krwi, ale nie same krwinki. Mikroskop ma swoje własne źródło światła: rtęciową lampę łukową. Jest ono dostarczane za pomocą wiązki światłowodów. Światło powoduje, że osocze zaczyna fluoryzować, a krwinki wyglądają na tym tle jak ciemne punkty. Światłowody przewodzą obraz do kamery, która go utrwala z szybkością 100 klatek na sekundę. Gdy znieczulenie przestaje działać, naukowcy mogą obserwować, co dzieje się w mózgu normalnie funkcjonującej myszy. Carl Petersen ze Swiss Federal Institute of Technology w Lozannie docenia metodę, ale wskazuje też na jej ograniczenia. Wg niego, neurony mocno rozpraszają światło, dlatego mikroskop Schnitzera jest w stanie wykonać tylko zdjęcia komórek znajdujących się w jego pobliżu. Krytykuje też, że nie daje on możliwości tworzenia przekrojów optycznych, by określić trójwymiarową strukturę tkanki. Sam Schnitzer twierdzi, że to celowy zabieg, który zmniejsza wrażliwość instrumentu. W ten sposób nie uwzględnia się artefaktów, powstających podczas poruszania się zwierzęcia.

Eksperci z Uniwersytetu Nottingham opracowali technikę, która może zrewolucjonizować biologię molekularną. Dzięki zastosowaniu superczułego mikroskopu i światła laserowego są w stanie obserwować w czasie rzeczywistym pojedyncze cząsteczki leku docierające do komórek. Badacze skupili się na analizie aktywności receptora adenozynowego A3 - białka na powierzchni komórek umożliwiającego komórce rozpoznanie cząsteczek adenozyny (ważnej substancji przeciwzapalnej) i odpowiednią reakcję na jej obecność. Można jednak wierzyć, że dzięki odpowiednim modyfikacjom będzie można używać opracowanej metody także do analizy aktywności innych receptorów. Receptor adenozynowy A3, zlokalizowany w mikroskopijnych strukturach błony komórkowej zwanych mikrodomenami, odgrywa istotną rolę w hamowaniu rozwoju stanu zapalnego. Jego aktywacja za pomocą leków jest skuteczną metodą ograniczającą szkody spowodowane m.in. niedokrwieniem serca czy reumatoidalnym zapaleniem stawów. Ze względu na rozmiary mikrodomen dotychczas nie była jednak możliwa bezpośrednia obserwacja działania leczniczych substancji. Metoda opracowana na Uniwersytecie Nottingham umożliwia, po raz pierwszy w historii, wykonanie tak precyzyjnej analizy. Technika działa w oparciu o zjawisko fluorescencji. Naukowcy połączyli cząsteczki badanego leku ze specjalnymi "znacznikami" i dodali je do komórek. Dzięki zastosowaniu techniki zwanej fluorescencyjną spektroskopią korelacyjną możliwa była obserwacja mikroskopowa świecenia badanych cząsteczek pod wpływem ich oświetlania przez laser. Osiągnięto przy tym niespotykaną dotąd precyzję - zastosowanie nowej metody pozwoliło na obserwację pojedynczych molekuł leku. Co więcej, możliwa była analiza interakcji preparatu z mikrodomenami w czasie rzeczywistym. Obecnie badacze skupiają się przede wszystkim na analizie receptora adenozynowego A3, lecz oceniają, że możliwe jest również zastosowanie fluorescencyjnej spektroskopii korelacyjnej do obserwacji różnego rodzaju związków chemicznych. Pozwoliłoby to na uzyskanie znacznie dokładniejszych informacji na temat kinetyki interakcji różnych substancji chemicznych z powierzchnią komórek, a to z kolei ułatwiłoby zdobywanie wiedzy na temat wielu znanych leków i pracę nad nowymi.

<!-- @page { size: 21cm 29.7cm; margin: 2cm } P { margin-bottom: 0.21cm } --> Wraz z wydłużaniem się średniej długości życia, coraz więcej uwagi naukowców zajmują choroby nękające osoby w podeszłym wieku. Do najbardziej rozpowszechnionych przypadłości seniorów należy otępienie (demencja), najczęściej w postaci choroby Alzheimera. Choć dotychczas brak było danych doświadczalnych, uważano, że charakterystyczne dla tej choroby odkładanie płytek starczych w korze mózgowej to proces długotrwały i powolny. Najnowsze badania sugerują jednak, że może być zupełnie inaczej. Zespół prowadzony przez Bradleya Hymana z bostońskiego Mass General Institute for Neurodegenerative Disease opracował mikroskop laserowy, który umożliwia "podglądanie" żywego mózgu w czasie gdy ten ulega "inwazji" płytek. Badania wykonywane za pomocą instrumentu wykazały, że – wbrew dotychczasowym podejrzeniom – proces ten może trwać bardzo krótko, nawet kilka godzin. Hyman przypomina, że zrozumienie zasad rządzących tworzeniem się płytek starczych może wskazać kierunek działań, dzięki którym uda się przeciwdziałać otępieniu. Obecnie bowiem osoby zagrożone chorobą Alzheimera nie mogą liczyć na skuteczne środki zapobiegawczych, ani terapeutyczne.