Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Atomowy czujnik magnetyczny zbada serce
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Medycyna
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Po dziesięcioleciach udało się odkryć ambipolarne (dwukierunkowe) pole elektryczne Ziemi. To słabe pole elektryczne naszej planety, które jest tak podstawową jej cechą jak grawitacja czy pola magnetyczne. Hipoteza o istnieniu takiego pola pojawiła się ponad 60 lat temu i od tamtego czasu poszukiwano tego pola. Jest ono kluczowym mechanizmem napędzającym „wiatr polarny”, czyli ucieczkę naładowanych cząstek z ziemskiej atmosfery w przestrzeń kosmiczną. Ma ona miejsce nad ziemskimi biegunami.
„Wiatr polarny” został odkryty w latach 60. XX wieku. Od samego początku naukowcy uważali, że jego siłą napędową jest nieznane pole elektryczne. Uważano, że jest ono generowane w skali subatomowej i jest niezwykle słabe. Przez kolejnych kilkadziesiąt lat ludzkość nie dysponowała narzędziami, które mogły zarejestrować takie pole.
W 2016 roku Glyn Collinson i jego zespół z Goddars Space Flight Center zaczęli pracować nad instrumentami zdolnymi do zmierzenia ambipolarnego pola elektrycznego. Stworzone przez nich urządzenia oraz metoda pomiaru zakładały przeprowadzenie badań za pomocą rakiety suborbitalnej wystrzelonej z Arktyki. Badacze nazwali swoją misję Endurance, na cześć statku, którym Ernest Shackleton popłynął w 1914 roku na swoją słynną wyprawę na Antarktykę. Rakietę postanowiono wystrzelić ze Svalbardu, gdzie znajduje się najbardziej na północ wysunięty kosmodrom. Svalbard to jedyny kosmodrom na świecie, z którego można wystartować, by przelecieć przez wiatr polarny i dokonać koniecznych pomiarów, mówi współautorka badań, Suzie Imber z University of Leicester.
Misja Endurance została wystrzelona 11 maja 2022 roku. Rakieta osiągnęła wysokość 768,03 km i 19 minut później spadła do Morza Grenlandzkiego. Urządzenia pokładowe zbierały dane przez 518 kilometrów nabierania wysokości i zanotowały w tej przestrzeni zmianę potencjału elektrycznego o 0,55 wolta. Pół wolta to tyle co nic, to napięcie baterii w zegarku. Ale to dokładnie tyle, ile trzeba do napędzenia wiatru polarnego, wyjaśnia Collinson.
Generowane pole elektryczne oddziałuje na jony wodoru, które dominują w wietrze polarnym, z siłą 10,6-krotnie większą niż grawitacja. To więcej niż trzeba, by pokonać grawitację. To wystarczająco dużo, by wystrzelić jony z prędkością naddźwiękową prosto w przestrzeń kosmiczną, dodaje Alex Glocer z NASA. Pole napędza też cięższe pierwiastki, jak jony tlenu. Z badań wynika, że dzięki obecności tego pola elektrycznego jonosfera jest na dużej wysokości o 271% bardziej gęsta, niż byłaby bez niego. Mamy tutaj rodzaj taśmociągu, podnoszącego atmosferę do góry, dodaje Collinson.
Pole to nazwano ambipolarnym (dwukierunkowym), gdyż działa w obie strony. Opadające pod wpływem grawitacji jony ciągną elektrony w dół, a w tym samym czasie elektrony – próbując uciec w przestrzeń kosmiczną – ciągną jony w górę. Wskutek tego wysokość atmosfery zwiększa się, a część jonów trafia na wystarczającą wysokość, by uciec w przestrzen kosmiczną w postaci wiatru polarnego.
Odkrycie ambipolarnego pola elektrycznego otwiera przed nauką nowe pola badawcze. Jest ono bowiem, obok grawitacji i pola magnetycznego, podstawowym polem energetycznym otaczającym naszą planetę, wciąż wpływa na ewolucję naszej atmosfery w sposób, który dopiero teraz możemy badać. Co więcej, każda planeta posiadająca atmosferę powinna mieć też ambipolarne pole elektryczne. Można więc będzie go szukać i badać na Marsie czy Wenus.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Intensywność pola magnetycznego Ziemi zmniejsza się od około 200 lat. Proces ten przebiega na tyle szybko, że niektórzy naukowcy ogłosili, iż w ciągu 2000 lat dojdzie do zamiany biegunów magnetycznych. Przebiegunowanie mogłoby spowodować, że przez kilka tysięcy lat Ziemia byłaby gorzej chroniona przed szkodliwym promieniowaniem kosmicznym i słonecznym. To z kolei doprowadziłoby do poważnych zakłóceń i awarii sprzętu elektronicznego, wzrostu przypadków zachorowań na nowotwory i zwiększenia się liczby mutacji genetycznych. Niewykluczone, że ucierpiałyby też te gatunki zwierząt, które w swoich migracjach orientują się wedle pola magnetycznego.
Naukowcy z MIT-u opublikowali na łamach PNAS artykuł opisujący wyniki ich badań nad stanem pola magnetycznego planety. Ich zdaniem przebiegunowanie nie grozi nam w najbliższym czasie. Uczeni obliczyli średnią intensywność stabilnego ziemskiego pola magnetycznego na przestrzeni ostatnich 5 milionów lat i odkryli, że obecnie pole to jest dwukrotnie bardziej intensywne niż średnia z tego okresu. To oznacza, że minie jeszcze sporo czasu, zanim pole magnetyczne planety stanie się niestabilne i dojdzie do przebiegunowania. To olbrzymia różnica, czy dzisiejsze pole magnetyczne jest takie jak średnia długoterminowa czy też jest powyżej średniej. Teraz wiemy, że nawet jeśli intensywność pola magnetycznego Ziemi się zmniejsza to jeszcze przez długi czas będzie się ono znajdowało w bezpiecznym zakresie - mówi Huapei Wang, główny autor badań.
Z innych badań wiemy, że w przeszłości wielokrotnie dochodziło do przebiegunowania naszej planety. Jest to jednak proces bardzo nieregularny. Czasami przez 40 milionów lat nie było przebiegunowania, a czasem bieguny zmieniały się 10-krotnie w ciągu miliona lat. Średni czas pomiędzy przebiegunowaniami wynosi kilkaset tysięcy lat. Ostatnie przebiegunowanie miało miejsce około 780 000 lat temu, zatem średnia już została przekroczona - dodaje Wang.
Sygnałem nadchodzącego przebiegunowania jest znaczący spadek poniżej średniej długoterminowej intensywności pola magnetycznego. To wskazuje, że stanie się ono niestabilne. Zarówno z badań terenowych jak i satelitarnych mamy dobre dane dotyczące ostatnich 200 lat. Mówiąc o przeszłości musimy opierać się na mniej pewnych szacunkach.
Grupa Wanga zdobywała informacje o przeszłości ziemskiego pola magnetycznego badając skały wyrzucone przez wulkany na Galapagos. To idealne miejsce, gdyż wyspy położone są na równiku. Stabilne pole magnetyczne jest dipolem, jego intensywność powinna być taka sama na obu biegunach, a na równiku powinna być o połowę mniejsza. Wang stwierdził, że jeśli pozna historyczną intensywność pola magnetycznego na równiku i na biegunach uzyska dokładne dane na temat średniej historycznej intensywności. Sam zdobył próbki z Galapagos, a próbki z Antarktyki dostarczyli mu naukowcy ze Scripps Institution of Oceanography. Naukowcy najpierw zmierzyli naturalny magnetyzm skał. Następnie podgrzali je i ochłodzili w obecności pola magnetycznego i zmierzyli ich magnetyzm po ochłodzeniu. Naturalny magnetyzm skał jest proporcjonalny do pola magnetycznego, w którym stygły. Dzięki eksperymentom naukowcy byli w stanie obliczyć średnią historyczną intensywność pola magnetycznego. Wynosiła ona około 15 mikrotesli na równiku i 30 mikrotesli na biegunach. Dzisiejsza intensywność wynosi zaś, odpowiednio, 30 i 60 mikrotesli. To oznacza, że dzisiejsza intensywność jest nienormalnie wysoka i jeśli nawet ona spadnie, to będzie to spadek do długoterminowej średniej, a nie ze średniej do zera, stwierdza Wang.
Uczony uważa, że naukowcy, którzy postulowali nadchodzące przebiegunowanie opierali się na wadliwych danych. Pochodziły one z różnych szerokości geograficznych, ale nie z równika. Dopiero Wang wziął pod uwagę dane z równika. Ponadto odkrył, że w przeszłości źle rozumiano sposób, w jaki w skałach pozostaje zapisana informacja o ziemskim magnetyzmie. Z tego też powodu przyjęto błędne założenie. Uznano, że gdy poszczególne ferromagnetyczne ziarna w skałach ulegały schłodzeniu spiny elektronów przyjmowały tę samą orientację, z której można było odczytać intensywność pola magnetycznego. Teraz wiemy, że jest to prawdą ale tylko do pewnej ograniczonej wielkości ziaren. Gdy są one większe spiny elektronów w różnych częściach ziarna przyjmują różną orientację. Wang opracował więc metodę korekty tego zjawiska i zastosował ją przy badaniach skał z Galapagos.
Wang przyznaje, że nie wie, kiedy dojdzie do kolejnego przebiegunowania. Jeśli założymy, że utrzyma się obecny spadek, to za 1000 lat intensywność pola magnetycznego będzie odpowiadała średniej długoterminowej. Wówczas może zacząć się zwiększać. Tak naprawdę nie istnieje sposób, by przewidzieć, co się stanie. Proces magnetohydrodynamiczny ma bowiem chaotyczną naturę".
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Serce nie jest w stanie regenerować się po uszkodzeniu. Dlatego dla kardiologii i kardiochirurgii ważne są wysiłki specjalistów z dziedziny inżynierii tkankowej, którzy usiłują opracować techniki regeneracji mięśnia sercowego, a w przyszłości stworzyć od podstaw całe serce. To jednak trudne zadanie, gdyż trzeba odtworzyć unikatowe struktury, przede wszystkim zaś spiralne ułożenie komórek. Od dawna przypuszcza się, że to właśnie taki sposób organizacji komórek jest niezbędny do pompowania odpowiednio dużej ilości krwi.
Bioinżynierom z Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences udało się stworzyć pierwszy biohybrydowy model komory ludzkiego serca ze spiralnie ułożonymi komórkami serca i wykazać przy tym, że przypuszczenia były prawdziwe. To właśnie takie spiralne ułożenie komórek znacząco zwiększa ilość krwi przepompowywanej przy każdym uderzeniu serca. To ważny krok, który przybliża nas do ostatecznego celu, jakim jest zbudowanie od podstaw serca zdatnego do transplantacji, mówi profesor Kit Parker, jeden z głównych autorów badań. Z ich wynikami możemy zapoznać się na łamach Science.
Fundamenty dla obecnych osiągnięć amerykańskich naukowców położył 350 lat temu angielski Richard Lower. Lekarz, wśród którego pacjentów znajdował się król Karol II, jako pierwszy zauważył i opisał w Tractatus de Corde, że włókna mięśnia sercowego ułożone są w kształt spirali. Przez kolejne wieki naukowcy coraz więcej dowiadywali się o sercu, jednak badanie spiralnego ułożenia jego komórek było bardzo trudne. W 1969 roku Edward Sallin z Wydziału Medycyny University of Alabama wysunął hipotezę, że to właśnie spiralne ułożenie komórek pozwala sercu na tak wydajną pracę. Jednak zweryfikowanie tej hipotezy nie było łatwe, gdyż bardzo trudno jest zbudować serca o różnych geometriach i ułożeniu włókien.
Naszym celem było zbudowanie modelu, na którym będziemy w stanie zweryfikować hipotezę Sallina i badać znaczenie spiralnej struktury włókien, stwierdza John Zimmerman z SEAS.
Naukowcy opracowali metodę o nazwie Focused Rotary Jet Spinning (FRJS). Urządzenie działa podobnie do maszyny produkującej watę cukrową. Znajdujący się w zbiorniku płynny biopolimer wydobywa się z niego przez niewielki otwór, wypychany na zewnątrz przez siły odśrodkowe działające na obracający się zbiornik. Po opuszczeniu zbiornika, z biopolimeru odparowuje rozpuszczalnik i materiał utwardza się, tworząc włóka. Odpowiednią formę włóknom nadaje zaś precyzyjnie kontrolowany strumień powietrza. Dzięki manipulowaniu tym strumieniem, można nadać włóknom odpowiednią strukturę, naśladującą strukturę włókien mięśnia sercowego. Dzięki FRJS możemy precyzyjnie odtwarzać złożone struktury, tworząc jedno- a nawet czterokomorowe struktury, dodaje Hubin Chang.
Gdy już w ten sposób odpowiednie struktury zostały utkane, na takie rusztowanie naukowcy nakładali na nie szczurze komórki mięśnia sercowego lub ludzkie komórki macierzyste uzyskane z kardiomiocytów. Tydzień później rusztowanie było pokryte wieloma warstwami kurczących się i rozkurczających komórek serca, których ułożenie naśladowało ułożenie włókien biopolimeru.
Naukowcy stworzyli dwie architektury komór serca. Jedną o spiralnie ułożonych włóknach, drugą o włókach ułożonych okrężnie. Następnie porównali deformację komory, tempo przekazywania sygnałów elektrycznych oraz ilość krwi wyrzucanej podczas skurczu. Okazało się, że komora o promieniście ułożonych włókach pod każdym z badanych aspektów przewyższa tę o ułożeniu okrężnym.
Co więcej, uczeni wykazali, że ich metoda może być skalowana nie tylko do rozmiarów ludzkiego serca, ale nawet do rozmiarów serca płetwala karłowatego. Z większymi modelami nie prowadzili testów, gdyż wymagałoby to zastosowania miliardów kardiomiocytów.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z Uniwersytetu Harvarda i Emory University stworzyli pierwszą w pełni autonomiczną biohybrydową „rybę” zbudowaną z komórek ludzkiego mięśnia sercowego. Urządzenie pływa naśladując kurczenie się mięśni pracującego serca. To krok w kierunku zbudowania sztucznego serca z mięśni i stworzenia platformy do badania takich chorób, jak arytmia.
Naszym ostatecznym celem jest zbudowanie sztucznego serca, które mogłoby zastąpić nieprawidłowo rozwinięte serce u dzieci, mówi profesor Kit Parker z Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS). Większość prac związanych ze stworzeniem tkanki mięśniowej lub serca, w tym część prac prowadzonych przez nas, skupia się na skopiowaniu pewnych funkcji anatomicznych lub uzyskaniu prostego rytmu serca w sztucznej tkance. Tutaj zaś zaczynamy inspirować się biofizyką serca, co jest znacznie trudniejsze. Za wzór nie bierzemy samej budowy serca, a biofizyczne podstawy jego funkcjonowania. To je wykorzystaliśmy jako punkt wyjścia naszej pracy.
Naukowcy wykorzystali kardiomiocyty – komórki mięśnia sercowego odpowiadające za kurczenie się – i inspirowali się kształtem danio pręgowanego oraz ruchami, jakie wykonuje podczas pływania.
W przeciwieństwie do innych urządzeń, ogon biohybrydy składa się z dwóch warstw komórek. Gdy te po jednej stronie się kurczą, po drugiej stronie rozciągają się. Rozciągnięci prowadzi do otwarcia kanału białkowego, który z kolei prowadzi do kurczenia się i proces się powtarza. W ten sposób powstał system napędzający „rybę” przez ponad 100 dni.
Wykorzystując mechaniczno-elektryczne sygnały pomiędzy dwoma warstwami komórek, odtworzyliśmy cykl, w którym każdy skurcz automatycznie wywołuje reakcję w postaci rozciągania się strony przeciwnej. To pokazuje, jak ważne jest sprzężenie zwrotne w mechanizmie działania pomp mięśniowych, takich jak serce, stwierdza główny autor badań, doktor Keel Yong Lee z SEAS.
Naukowcy zaprojektowali też autonomiczny moduł kontrolny, który na podobieństwo rozrusznika serca kontroluje częstotliwość i rytm spontanicznych ruchów komórek. Dzięki współpracy dwóch warstw komórek oraz modułu kontrolnego uzyskano ciągły, spontaniczny i skoordynowany ruch płetwy ogonowej w przód i w tył.
Co więcej, działanie sztucznej ryby poprawia się z czasem. W ciągu pierwszego miesiąca, w miarę dojrzewania kardiomiocytów, poprawiła się amplituda ruchów, maksymalne tempo pływania oraz koordynacja mięśni. W końcu biohybryda pływała równie szybko i efektywnie jak prawdziwy danio pręgowany.
Teraz naukowcy przymierzają się do zbudowania bardziej złożonych biohybryd z komórek ludzkiego serca. To, że potrafię zbudować z klocków model serca, nie oznacza, że potrafię zbudować serce. Można na szalce Petriego wyhodować komórki komórki nowotworowe aż utworzą tętniącą grudkę i nazwać to organoidem. Jednak nic z tego nie oddaje fizyki systemu, który w czasie naszego życia kurczy się ponad miliard razy, a jednocześnie w locie odbudowuje swoje komórki. To jest prawdziwe wyzwanie. I tam właśnie chcemy dojść, mówią uczeni.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
University of Maryland Medical Center informuje o przeprowadzeniu pierwszego w historii udanego przeszczepu serca świni człowiekowi. Biorcą przeszczepu był 57-letni mężczyzna z terminalną chorobą serca, dla którego tego typu zabieg był jedyną opcją terapeutyczną. Po raz pierwszy w historii serce genetycznie zmodyfikowanej świni zostało przeszczepione człowiekowi i nie doszło do natychmiastowego odrzucenia.
Mam wybór, albo umrzeć, albo poddać się temu przeszczepowi. Chcę żyć. Wiem, że to strzał na oślep, ale to moja jedyna szansa, mówił David Bennett na dzień przed zabiegiem. Mężczyzna był wielokrotnie hospitalizowany.
FDA (Food and Drug Agency) wydała nadzwyczajną zgodę na przeprowadzenie zabiegu w ostatnim dniu ubiegłego roku. O zgodę taką można starać się w odniesieniu do eksperymentalnych produktów medycznych – w tym wypadku genetycznie zmodyfikowanego świńskiego serca – gdy ich wykorzystanie jest jedyną dostępną opcją u pacjenta z zagrażającą życiu chorobą.
To przełomowy zabieg, który przybliża nas do momentu rozwiązania problemu z brakiem organów do przeszczepu. Po prostu nie ma tylu dawców z nadającymi się do przeszczepu sercami, by zaspokoić długą listę oczekujących, mówi główny operator profesor Bartley P. Griffith. Postępujemy bardzo ostrożnie, ale też jesteśmy pełni nadziei, że ten pierwszy w historii zabieg da w przyszłości szansę pacjentom.
Profesor Griffith ściśle współpracował z profesorem Muhammadem M. Mohiuddinem, jednym z najlepszych na świecie specjalistów od przeszczepów organów zwierzęcych (ksenotransplantacji), który dołączył do University of Maryland przed pięcioma laty i wraz z prof. Griffinem stworzyli Cardiac Xenotransplantation Program. To kulminacja wieloletnich bardzo złożonych badań i doskonalenia techniki na zwierzętach, które przeżyły z organem obcego gatunku ponad 9 miesięcy. FDA wykorzystała nasze dane i dane na temat eksperymentalnej świni podczas procesu autoryzowania przeszczepu, mówi Mohiuddin.
Ksenotransplantacje mogą uratować tysiące ludzi, ale wiążą się z ryzykiem wystąpienia niebezpiecznej reakcji układu odpornościowego biorcy. Może dojść do gwałtownego natychmiastowego odrzucenia i śmierci pacjenta.
Pierwsze ksenotransplantacje były przeprowadzane już w latach 80. XX wieku, ale w dużej mierze porzucono je po słynnym przypadku Stephanie Fae Beauclair. Dziewczynka urodziła się ze śmiertelną wadą serca, przeszczepiono jej serce pawiana, jednak dziecko zmarło miesiąc później w wyniku reakcji układu odpornościowego. Od wielu jednak lat w kardiochirurgii z powodzeniem wykorzystuje się świńskie zastawki serca.
Pan Bennett trafił do szpitala na sześć tygodni przed zabiegiem. Został wówczas podłączony do ECMO. Nie kwalifikował się do tradycyjnego przeszczepu, a z powodu arytmii nie mógł mieć wszczepionego sztucznego serca.
Oprócz eksperymentalnej procedury pacjentowi podawany jest też, obok tradycyjnych środków, eksperymentalny lek zapobiegający odrzuceniu przeszczepu.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.