Znajdź zawartość

Oksygenaza hemowa-1 (ang. heme oxygenase-1, HO-1) wpływa na wzrost naczyń krwionośnych w łożysku oraz ustanowienie przepływu krwi pępowinowej. Zbyt niskie stężenia enzymu, uznawanego za jeden z najważniejszych cytoprotektantów o działaniu przeciwzapalnym i przeciwutleniającym, grożą zahamowaniem wzrostu płodu, a nawet jego śmiercią i poronieniem czy stanem przedrzucawkowym. Okazuje się, że u myszy niewielkie dawki tlenku węgla wspomagają działanie łożyska, gdyż gaz naśladuje działanie HO-1. Naukowcy z Uniwersytetu Ottona von Guerickego w Magdeburgu sprawdzali skuteczność terapii CO w przypadku ograniczenia wzrostu płodowego u myszy. Okazało się, że długoterminowe podawanie niewielkich dawek tlenku węgla (50 ppm) całkowicie eliminowało zgony płodów - następował spadek śmiertelności z 30 do 0%. [...] Inhalowanie niskich dawek tlenku węgla działa przeciwzapalnie. Ogranicza apoptozę, a także zwiększa w łożysku stężenie antyapoptycznej cząsteczki BAG-1 i czynnika wzrostu śródbłonka naczyniowego VEGF, który odpowiada za powstawanie nowych naczyń [angiogenezę] oraz naprawę starych - opowiada prof. Ana Claudia Zenclussen. Podczas terapii CO trzeba zachować daleko idącą ostrożność. Krótsze leczenie niższymi dawkami nie skutkuje, a aplikowanie wyższych dawek poprawia działanie łożyska, lecz szkodzi płodowi.

Co zrobić, by lepiej wypaść w teście? Oczywiście, uczyć się, ale można sobie nieco pomóc, żując przed egzaminem czy odpytką gumę (żucie w czasie już, niestety, nie działa). Naukowcy sądzą, że ruch związany z żuciem usprawnia krążenie krwi w obrębie głowy, co poprawia pamięć. Efekt utrzymuje się przez kilkanaście minut (Apetite). Serge Onyper z St. Lawrence University podkreśla, że nie jest pewien, jak żucie gumy sprawdzi się w przypadku informacji wyuczonych o wiele wcześniej. Gdyby jednak wpływało na pamięć roboczą i epizodyczną (jeden z systemów pamięci długotrwałej, inaczej pamięć zdarzeń) oraz poprawiało ogólną prędkość przetwarzania informacji (a wszystko wskazuje, że tak właśnie jest), wynik powinien być dobry zarówno tutaj, jak i w przypadku uczenia na ostatnią chwilę. Amerykanie badali 224 studentów. Podzielono ich na 3 grupy. Pierwsza żuła gumę przed i podczas testu, druga wyłącznie 5 min przed egzaminem, a trzecia (kontrolna) w ogóle. Psycholodzy zauważyli, że żucie przed badaniem poprawiało wyniki osiągane w niektórych testach poznawczych. Najsilniejszy efekt występował bezpośrednio po żuciu i w ciągu 20 minut spadał do zwykłego poziomu. W 15-20-minutowym okienku grupa żująca gumę przypominała sobie o 25-50% elementów więcej od grupy kontrolnej. To zjawisko istotne statystycznie, lecz w praktyce oznacza różnicę rzędu 2-3 słów. Naukowcy nazwali zaobserwowane zjawisko pobudzeniem wywołanym żuciem. Dzięki niemu mózg tuż przed testem zostaje zasilony krwią i cenną glukozą. Onyper dodaje, że żucie gumy podwyższa na krótko tętno i ciśnienie krwi. W grupie żującej gumę przed i w czasie testu nie zaobserwowano podobnej poprawy. Prawdopodobnie dzieje się tak, gdyż przedłużone żucie zużywa energię, która w innym razie zasiliłaby mózg. Onyper przypuszcza jednak, że w sytuacji testowej badani poświęcają żuciu więcej uwagi niż zwykle i poza laboratorium nie wyczerpaliby aż tak dużej części zasobów energetycznych na automatyczną czynność, lepiej rozwiązując zadania testowe.

Choć narcyz wydaje się świetnym szefem, w rzeczywistości wcale nim nie jest. Jego chęć do błyszczenia hamuje bowiem swobodny przepływ informacji i pomysłów w grupie. Doktorantka Barbora Nevicka i jej koleżanki z Uniwersytetu Amsterdamskiego Femke Ten Velden, Annebel De Hoogh oraz Annelies Van Vianen zwerbowały 150 ochotników i podzieliły ich na 3-osobowe grupy z losowo wybieranym liderem. Badanych poinformowano, że mogą udzielać rad, ale ostateczną decyzję ws. zatrudnienia kandydata na dane stanowisko podejmie szef. Z 45 informacji dotyczących aplikanta niektóre udostępniono wszystkim trzem członkom zespołu, a inne tylko jednej osobie. Holenderki tak zaplanowały eksperyment, by wybór oparty na udostępnionych wszystkim danych nie był optymalny. Wyłącznie współdziałanie i dzielenie się informacjami ujawnionymi tylko jednej osobie z grupy gwarantowało zatrudnienie najlepszego fachowca. Po ukończeniu zadania ochotnicy wypełniali kwestionariusze. W przypadku lidera pytania pozwalały oszacować nasilenie narcyzmu, a pozostali członkowie zespołu punktowali skuteczność i autorytet przywódcy. Poza tym wszyscy odznaczali znane im stwierdzenia z 45-elementowego zestawu informacji i oceniali wymianę informacji w grupie. W ramach analizy panie psycholog zliczyły znane wszystkim fakty, dokonały obiektywnej oceny jakości podjętej decyzji i zestawiły to z poziomem narcyzmu lidera. Okazało się, że badani uznawali najbardziej narcystycznych przywódców za najbardziej skutecznych, ale obiektywnie takie osoby działały najbardziej egoistycznie i wybierały najgorszego kandydata. Narcystyczni liderzy mieli wyjątkowo negatywny wpływ na wyniki. Z powodu skoncentrowania na sobie i autorytaryzmu hamowali komunikację. O ile w organizacji narcyz się nie sprawdzi, może odegrać pozytywną rolę jako osoba konsolidująca ludzi w sytuacjach kryzysowych. Ktoś zdecydowany i przejmujący kontrolę zmniejszy bowiem niepewność i poziom stresu.

Posługując się urządzeniem mikrostrumieniowym, prof. Roger Kamm, William Polacheck i Joseph Charest z MIT-u wykazali, że kierunek przepływu płynów przez tkanki określa prawdopodobieństwo rozprzestrzeniania się nowotworu. Wiedząc to, w przyszłości lekarze będą mogli i zmniejszyć ryzyko powstawania przerzutów. Naukowcy chwalą się, że niemal tak samo ważny, jak ich odkrycia jest stworzony na potrzeby eksperymentu trójwymiarowy system mikrostrumieniowy. Podczas gdy wcześniejsze badania bazowały na wizualizowaniu pojedynczych komórek w sztucznym środowisku pozakomórkowym, urządzenie zespołu z MIT-u pozwala stwierdzić, jak komórki oddziałują z tkanką, która naśladuje naturalną tkankę piersi. Na rynku nie ma obecnie ani jednego leku, który działałby w oparciu o to, jak komórki nowotworowe odrywają się od pierwotnego guza, dostają się do układu krążenia, migrują i tworzą wtórny guz. Takie właśnie procesy możemy symulować w naszym systemie mikrostrumieniowym – podkreśla Kamm. Zaczynając badania, Amerykanie wiedzieli, że wskutek ciągłego wzrostu guz prowadzi do wytworzenia wysokiego ciśnienia cieczy w otaczających tkankach. To z kolei skutkuje odpływem cieczy z samego guza. Melody Swartz, która kiedyś współpracowała z Kammem, a później przeniosła się do École Polytechnique Fédérale de Lausanne, odkryła, że wskutek tego odpływu ligandy wydzielane przez guz wybiórczo wiążą się z receptorami w części komórki znajdującej się przy głównym nurcie. Dochodzi do wytworzenia asymetrii, co ostatecznie sprawia, że komórki zaczynają migrować z nurtem. Gdyby na tym wszystko się kończyło, perspektywy byłyby niezbyt zachęcające. Oznaczałoby to bowiem, że komórki nowotworowe szybko dostaną się do układu krążenia. Polacheck i Kamm zauważyli jednak, że zjawiska zaobserwowane przez Swartz to tylko jedna strona medalu. Ich urządzenie składa się dwóch kanałów, oddzielonych od siebie warstwą żelu z pojedynczymi komórkami, czyli macierzą, w której zachodzi przepływ cieczy. Podczas eksperymentów z komórkami raka sutka zespół zauważył, że komórki nowotworowe poruszają się pod prąd. Na początku zaczęto kwestionować spostrzeżenia Swartz, ale później okazało się, że w grę wchodzą dwa konkurujące ze sobą mechanizmy. Jednym z nich jest autologiczna chemotaksja dodatnia, która zachodzi przy niskim zagęszczeniu komórek lub pod wpływem aktywacji receptora CCR7 (receptora chemokin z podrodziny C-C typu 7.). Chemotaksja prowadzi do migracji z prądem, gdyż stężenie ligandów jest wyższe po stronie komórki przy głównym nurcie. Drugi mechanizm działa przy dużym zagęszczeniu komórek, np. wokół rosnącego guza, albo wtedy, gdy receptor CCR7 jest zablokowany. Włącza się on, kiedy płyn przepływający obok komórki aktywuje receptory integrynowe. Wskutek tego rozpoczyna się migracja pod prąd. Firmy farmaceutyczne mogą wykorzystać te informacje, by skupić się na stworzeniu leków blokujących receptory CCR7, co zapobiegłoby migracji w stronę układu krwionośnego i prowadziłoby do uwięzienia guza.

Parzenie herbaty wydaje się zwykłą codzienną czynnością, jednak i wtedy może dochodzić do ważnych naukowych odkryć. Przygotowując napar z ostrokrzewu paragwajskiego (yerba mate), zespół prof. Ernesta Althsulera z Uniwersytetu w Hawanie odkrył proces odpowiadający za napływ liści do czajnika, z którego nalewa się wodę. Susz nie zostaje wpompowany, za jego poruszaniem się pod prąd musi więc stać coś innego. Yerba mate przygotowuje się, wlewając do naczynia (mate lub guampa) ostudzoną wodę. Liście i łodyżki unoszą się zazwyczaj na powierzchni, jednak część przemieszcza się pod prąd i trafia do czajnika. Gdy Kubańczycy powtórzyli czynności z wykorzystaniem sproszkowanej kredy, dalej obserwowali to samo. Dopóki odległość między dzióbkiem a powierzchnią wody w naczyniu była mniejsza niż 1 cm, część cząstek napływała do czajnika. Już wcześniej naukowcy zaobserwowali wiry powstające w czasie poziomego przepływu cieczy. Odpowiadają one za przepływ w kierunku odwrotnym do głównego nurtu wzdłuż brzegów naczynia/kanału. Altshuler, S. Bianchini i A. Lage-Castellanos uważają jednak, że podobne wiry powstają również w wodzie spadającej z czajnika. Zjawisko można wyjaśnić m.in. efektem Marangoniego (przepływem wywołanym gradientem napięcia powierzchniowego), ponieważ w miarę jak rośnie liczba listków/cząstek kredy unoszących się na powierzchni cieczy, w dolnym naczyniu spada napięcie powierzchniowe. By wiry przeciwstawne zadziałały, należy pamiętać, żeby strumień wody z czajnika nie był zbyt długi w stosunku do swej szerokości. Inaczej zachodzić będzie przepływ laminarny (uwarstwiony), który charakteryzuje się dużą przewagą sił lepkości nad siłami bezwładności. Naukowcy komentujący wstępne doniesienia Kubańczyków podkreślają, że do ostatecznej oceny ich koncepcji konieczne jest ujawnienie większej ilości danych.

Na niektórych bakteriach występują włosowate struktury komórkowe fimbrie, które jak wtyczka pozwalają im na podłączenie do dużych obwodów biologicznych. Odkrycie zespołu z Uniwersytetu Południowej Kalifornii sugeruje, że kolonie bakteryjne są w stanie przeżyć, komunikować się i dzielić się energią, wykorzystując przewodzące prąd włoski zwane inaczej nanoprzewodami (ang. bacterial/microbial nanowires). To pierwszy pomiar przewodzenia elektronów wzdłuż bakteryjnych nanoprzewodów – chwali się prof. Mohamed El-Naggar. Wiedza o zasadach funkcjonowania kolonii bakteryjnych, np. powstających na zębach biofilmów, jest kluczowa dla opracowania metod ich niszczenia (zwłaszcza że wiele z nich cechuje antybiotykooporność). Niektóre kolonie, np. wykorzystywane w ogniwach paliwowych, są jednak przydatne i tutaj warto z kolei mieć świadomość, w jaki sposób optymalizować warunki środowiskowe mikrobów. Przepływ elektronów w różnych kierunkach jest blisko związany z metabolicznym statusem poszczególnych części biofilmu. Bakteryjne nanoprzewody zapewniają niezbędne połączenia dla przeżycia mikrobiologicznego obwodu. Bakteryjne nanoprzewody (fimbrie) wyglądają jak długie wystające włosy. Podobnie jak ludzkie włosy, składają się głównie z białka. Amerykanie testowali przewodnictwo na kulturach Shewanella oneidensis MR-1. Bakterie te wytwarzają fimbrie w okresach rozmaitych niedoborów. Manipulując warunkami wzrostu, naukowcy uzyskali bakterie z wieloma włoskami. Następnie mikroorganizmy umieszczono na powierzchni usianej miniaturowymi elektrodami. Kiedy nanoprzewód znalazł się między dwiema elektrodami, zamykając obwód, zaczynał płynąć mierzalny prąd. Przewodnictwo było podobne do odnotowywanego w przypadku półprzewodników – umiarkowane, ale znaczące. Gdy członkowie zespołu El-Naggara przecinali fimbrię, przepływ prądu ustawał. Wcześniejsze badania wykazały, że elektrony mogą się przemieszczać wzdłuż nanoprzewodu bakterii, ale nie dowodziły, że fimbrie przewodzą prąd na całej swojej długości. Bakterie oddychają, przekazując elektron akceptorowi, w przypadku Shewanelli jest to żelazo Fe(III), które ulega zredukowaniu. Jeśli nie zapewnimy akceptora elektronów, mikroorganizm umiera. W części przypadków nanoprzewody są jedynym sposobem "pozbywania się" elektronów. Gdy w pobliżu nie ma zbyt wielu akceptorów, fimbrie pozwalają bakteriom na udzielanie pomocy i wysuwanie kolektywnych wypustek do odleglejszych źródeł. Badacze z Uniwersytetu Południowej Kalifornii zauważyli, że Shewanella podłączały się do akceptorów elektronów i do siebie nawzajem, dzięki czemu każdy z członków kolonii mógł oddychać za pośrednictwem sieci nanoprzewodów. Nanoprzewody, których nazwę ukuto nie tak dawno, bo w 2006 r., wydają się rozpowszechnione w świecie bakterii. Współautor najnowszego badania prof. Kenneth Nealson uważa, że transport elektronów wzdłuż nanoprzewodów stanowi szybszą i dogodniejszą formę komunikowania się bakterii niż opisywane dotąd stopniowe uwalnianie substancji sygnałowych.

Naukowcy z MIT-u wielokrotnie mutowali kontrast używany przy funkcjonalnym rezonansie magnetycznym, by lepiej wiązał się z jednym z neuroprzekaźników – dopaminą. Dzięki temu podczas badań będzie można śledzić nie tylko wzrost przepływu natlenowanej krwi w odpowiedzi na różne bodźce, ale także wielu związków chemicznych. Amerykanie pozyskali "czujniki", wykorzystując domenę hemową bakteryjnego cytochromu P450-BM3 (BM3h). Ligand wiążący się w miejscu obok paramagnetycznego żelaza hemu BM3h doprowadzał do spadku mocy sygnału MRI i zmiany gęstości optycznej. Koniec końców akademicy uzyskali cząsteczki, w przypadku których stała dysocjacji dla dopaminy wynosiła 3,3–8,9 μM (mikromola). Używano ich do zobrazowania wywołanego depolaryzacją wyrzutu dopaminy z komórek nerwowych PC12 w medium. Cytochrom P450 jest enzymem/białkiem rozpuszczalnym. Jako grupę prostetyczną - niebiałkowy składnik niezbędny dla aktywności - zawierają hem. Zespół Alana Jasanoffa wielokrotnie mutował enzym, po każdej procedurze oceniając tendencję do wiązania się z dopaminą. Mutacje zwiększające powinowactwo połączono, uzyskując cząsteczkę o właściwościach magnetycznych, która była jednocześnie silnie przyciągana przez neuroprzekaźnik. Ekipa wstrzyknęła kontrast do mózgu gryzoni, a konkretnie w rejonie gromadzącym neurony dopaminergiczne. Po podaniu substancji wyzwalającej wydzielanie neuroprzekaźnika obszar rozświetlił się. Jako że kontrast trzeba wstrzykiwać do mózgu, prób nie można prowadzić na ludziach. Zespół Jasanoffa bada jednak uzależnienia i różne choroby, np. chorobę Huntingtona, na modelu zwierzęcym. W przyszłości naukowcy zamierzają opracować enzym, który wiązałby się z innymi niż dopamina substancjami. W badaniach brał udział absolwent MIT-u, Polak Jerzy Szabłowski. Szczegółowo można zapoznać się z nimi w następującej publikacji: Shapiro MG*, Westmeyer GG*, Romero P, Szablowski JO, Küster B, Shah A, Otey CR, Langer R, Arnold FH, & Jasanoff AP, "Directed evolution of an MRI contrast agent for noninvasive imaging of dopamine. Nature Biotechnology. 28 February 2010. DOI: 10.1038/nbt.1609

Naukowcy z MIT-u zakończyli prace nad teorią przepływu płynów. Mają oni nadzieję, że dzięki temu uda się kontrolować np. przepływ powietrza wokół pojazdów, co znakomicie zmniejszy opór i, między innymi, pozwoli na znaczne zmniejszenie zużycia paliwa. Podobną teorię stworzył już w 1904 roku Ludwig Prandtl. Opracował on matematyczny model przepływu powietrza. ma on jednak dwie poważne wady. Pierwsza - dotyczy on tylko równomiernego przepływu, z którym mamy do czynienia np. podczas powolnej jazdy samochodem ze stałą prędkością. Po drugie - odnosi się on do wyidealizowanych warunków zachodzących w dwóch wymiarach. Od stu lat naukowcy starają się ulepszyć model Prandtla tak, by móc zastosować go do warunków, z jakimi spotykamy się na co dzień. Większość systemów inżynieryjnych nie pracuje w stabilnych warunkach. Ciągle się one zmieniają. Samochody przyspieszają i zwalniają, podobnie jak samoloty podczas wykonywania manewrów, w czasie lądowania czy startu. Ponadto płyny poruszają się w trzech wymiarach - mówi George Haller, profesor Wydziału Inżynierii Mechanicznej. Gdy jedziemy samochodem, płyniemy łodzią, lecimy samolotem wszelkie manewry i zmiany prędkości wywołują zawirowania powietrza, a to stwarza dodatkowy opór i zwiększa zużycie paliwa. Profesor Haller w 2004 roku zaprezentował swoją pierwszą publikację dotyczącą matematycznych podstaw przepływu płynów w przestrzeni dwuwymiarowej w niestabilnych warunkach. W sierpniu bieżącego roku jego zespół ukończył pracę nad teorią dotyczącą przestrzeni trójwymiarowej. Równocześnie zespół profesora Thomasa Peacocka eksperymentalnie sprawdzał teorię Hallera. Wykazano, że teoria świetnie zgadza się z praktyką. Naukowcy twierdzą, że jest jeszcze zbyt wcześnie by mówić o konkretnych korzyściach, jakie przemysł samochodowy czy lotniczy mogą odnieść z ich prac. To dopiero czubek góry lodowej, ale wykazaliśmy, że teoria sprawdza się w praktyce - zauważa Peacock.