IUNIE 2013

6

Chirurgii implantează prima venă obţinută prin bioinginerie

„Noul virus de gripă aviară care face victime în China prezintă înt-reg echipamentul intern care i-ar permite transmiterea de la om la om”, apreciază Bruno Lina, directorul Centrului naţional de monitorizare a gripei, din Sudul Franţei. Potrivit specialistului francez, dacă primele 61 de persoane infectate cu H7N9 (dintre care 14 au murit) au venit în contact cu păsări sălbatice sau cu păsări de crescătorie, chestiunea contaminării de la om la om se pune altfel decât la majoritatea noilor contaminaţi care nu au venit în contact cu păsări.

Pentru a afla mai mult, o echipă de cercetători chinezi a segmentat genomul virusului: rezultat din asamblarea a trei virusuri aviare, el este, din păcate, capabil să infecteze specia umană. H7N9 e in-

zestrat cu o proteină de suprafaţă dotată cu afinităţi pentru receptorii întâlniţi la mamifere şi conţine o enzimă implicată în replicarea virusului, capabilă să deturneze mecanismul uman în favoarea lui.

Cercetătorii au identificat, de altfel, mai mulţi factori de virulenţă: „Pentru o transmisie interumană, este necesară o încărcătură virală importantă şi indivizi care să fie buni <transmiţători>, cu un veritabil contact cu anturajul”, explică Bruno Lina.

Noutatea îmbucurătoare este că H7N9 este sensibil la inhibitori ai neuraminidazei, oseltamivirului şi zanamivirului, cu condiţia ca antiviralele să fie administrate de la apariţia primelor simptome. (S.R.)

Noul virus de gripă aviară, transmis interuman

IUNIE 2013

inovaţie tehnologică recentă permite utilizatorilor de smart-phone-uri să obţină rapid şi corect diagnosticul unor boli

grave, precum diabetul sau cancerul pulmonar, prin simpla expiraţie într-un mic dispozitiv, un senzor de respiraţie cu nanofibre, montat pe telefonul mo-bil.

Il-Doo Kim, profesor asociat la departamentul de ştiinţa şi ingineria materialelor, de la Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), şi echipa sa de cercetare au publicat la 20 mai, în jurnalul academic „Advanced Functional Materials”, lucrarea „Thin-Wall Assembled SnO2 Fibers Functionalized by Catalytic Pt Nanoparticles and their Superior Exhaled Breath-Sensing Properties for the Diagnosis of Diabetes”, cu privire la dezvoltarea unui senzor de respiraţie extrem de sensibil, cu ajutorul fibrelor de SnO2, obţinute prin asamblarea de nanotuburi subţiri încreţite.

În lucrare, echipa de cercetare a prezentat o evoluţie morfologică a fibrelor de SnO2, numită micro separări de fază, care are loc între polimeri şi alte soluţii dizolvate, când este variat debitul alimentării cu o soluţie electrospinată şi se aplică un tratament termic ulterior.

În urma schimbării morfologice, rezultă nanofibre în formă de cilindru deschis, în care filmul subţire de nanotuburi de SnO2 este stratificat şi apoi rulat.

Un număr de pori alungiţi variind ca lungime de la 10 nanometri (nm) la 500 nm, de-a lungul fibrei, s-au format pe suprafaţa fibrelor de SnO2, permiţând moleculelor de gaz expirate să pătrun-

dă cu uşurinţă fibrele. Peretele interior şi exterior al tuburilor de SnO2 este uniform acoperit cu nanoparticule de platină catalitice (PT).

Potrivit echipei de cercetare, fibrele de SnO2 extrem de poroase, sintetizate prin eletrospinning la un debit mare, au arătat răspunsuri la acetonă de cinci ori mai mari decât cea a nanofibrelor dense de SnO2 create la un debit mic. De asemenea, acoperirea cu Pt catalitică a dus la scurtarea dramatică a timpului de răspuns al fibrelor la gaze.

Analiza respiraţiei pentru diabet este în mare parte bazată pe un test de acetonă în respiraţie, pentru că acetona este unul din compuşii organici volatili specifici (VOC) produşi în corpul uman pentru a semnala apariţia bolilor particulare.

Cu alte cuvinte, ei sunt biomarkeri pentru a prezice anumite boli, cum ar fi acetona pentru diabet, toluenul pentru cancerul pulmonar şi amoniacul pentru afecţiuni ale rinichiului.

Analiza respiraţiei pentru evaluare medicală a suscitat multă atenţie, pentru că este mai puţin invazivă decât un examen medical convenţional şi la fel de rapidă, convenabilă şi ecologică, aproape nelăsând deşeuri toxice.

Diverse tehnici de sesizare a gazului au fost adoptate pentru a analiza VOC, inclusiv gaz cromatografie-spectroscopie de masa (GC-MS), dar aceste tehnici sunt dificil de încorporat în senzori de gaze portabili în timp real, deoarece echipamentul de testare este voluminos şi costisitor, iar funcţionarea lui este mai complexă.

(Continuare în pagina 22)

Senzorul cu nanofibre detectează diabetul sau cancerul pulmonar mai

repede şi mai uşorCristina SORESCU

AC

CE

NT

Din sumar

Pag. 6

Chirurgii implantează prima venă obţinută prin bioinginerie

Pag. 9

Un nou strat face circuitele de siliciu implantabile

Pag. 11

Nano-ace pentru celule

Pag. 13

Testarea efectelor medicamentelor, cu ajutorul EEG-ului pen-tru…viermi

Pag. 14

Optogenetica tratează tulburarea obsesiv-compulsivă la şoareci

Un bio-plasture măsoa-ră semnalele electrice ale inimii, muşchilor şi creierului

Pag. 17

Schele mai performante pentru creşterea oaselor, din nanoargilă

Pag. 19

Colon uman simulat pentru studiul interacţiunilor macro- microbiene

Zincul – un material promiţător pentru stenturile bioresor-babile

Pag. 4

O proteină produsă de creier, utilizată la fertilizarea in vitro

Pag. 15

Pag. 5

O

3

IUNIE 2013

În fiecare an, mii de cupluri îşi văd împlinit visul de a avea un copil apelând la fertilizare in vitro, o tehnică de re-producere asistată, destinată cuplurilor care au probleme privind conceperea unui copil.

Metoda nu este lipsită de anume riscuri, întrucât viitoarea mamă trebuie să urmeze un tratament medicamentos pentru stimulare ovariană, care este asociat cu simptome dintre cele mai ba-nale până la foarte severe.

O nouă metodă de fertilizare in vitro, prezentată la reuniunea anuală a Endo-crine Society promite să reducă numă-rul şi severitatea acestor riscuri cu care se confruntă în prezent, în urma trata-mentului de pregătire administrat, vii-toarea mamă. Într-o ambianţă ştiinţifică dedicată cercetării hormonilor şi practi-cii clinice în endocrinologie, o echipă de medici britanici de la Hammersmith Ho-spital condusă de Geoffrey Trew şi de la Imperial College London au comuni-cat rezultatele metodei lor de fertilizare in vitro, care foloseşte pentru stimularea producţiei ovariene kisspeptina – o pro-teină produsă de creier, cu rol important în perioada pubertăţii şi în fertilitate.

Tradiţional, fertilizarea in vitro presu-pune punerea în contact a ovocitului vi-

u excepţia câtorva cazuri „impor-tate” de vizitatori sau de emigranţi, paludismul a dispărut în Grecia, ca şi în toate ţările Europei Occidentale, de peste patru

decenii.

Colegiul Ştiinţific:

Prof. Dr. Radu NEGOESCUInstitutul de Sănătate PublicăDr. Ing. Ioan VOICUInstitutul pentru Tehnologii Avansate, BucureştiProf. Dr. Florian PURGHEL, Spitalulclinic de Urgenţă „Bagdasar Arseni“Dr. Ing. Gheorghe SAJIN,Institutul de Cercetare-Dezvoltarepentru Microtehnologie, Bucureşti

Dr. Corneliu MOLDOVANConf. Univ. Dr. Manole COJOCARU(CS I, EurClinChem)Dr. Lilia MORARI

Recenziile articolelor ştiinţificeau fost făcute de:Prof. Dr. Ing. Constantin BUCŞANConf. Dr. Ing. Sorin KOSTRAKIEVICI

Corespondenţi în străinătate:Frankfurt - Dr. Maria ŢIŢEICA

Responsabilitatea asupra textului,reclamelor şi conţinutului articolelorrevine în întregime autorilor.Reproducerea totală sau parţialăa articolelor publicate în această revistă este posibilă numai cu acordul scrisal editorilor.

este marcăînregistrată.

Director fondator: Mihai CHEŢAN

Redacţia:Redactor şef: Iuliana BUNEAColectivul de redacție:Andrei CHEȚAN

Redacţia şi administraţia:Str. Rucăr, nr. 32, Sector 1, BucureştiTel. (021) 666.24.82, (021) 666.25.22

ISSN 1583-3631

Editor

Închiderea ediţiei: 10 iulie 2013

ZO

OM

Paludismul, reîntors în Europa

itoarei mame cu spermatozoidul parte-nerului, pentru a obţine embrionul care va fi implantat în uter.

Efectele secundare ale tratamen-tului de pregătire decurg de la dureri abdominale, ameţeli, stare de vomă, cu o durată de câteva zile, la palpitaţii, difi-cultăţi de respiraţie, insuficienţă renală. Deosebit de preocupant pentru medici şi nu numai, este „sindromul de hiper-stimulare ovariană” (HSO) consecutiv tratamentului, care semnifică riscul ca ovarele să producă un număr foarte mare de ovocite, cu mult peste aştep-tări.

Folosind kisspeptina naturală pro-dusă de creier, metoda de fertilizare in vitro pusă la punct de medicii britanici promite să elimine riscul de HSO. Înain-te de cazul comunicat în cadrul reuniunii anuale a Endocrine Society – o mamă al cărei bebeluş obţinut în urma aplicării noii metode de FIV împlinise deja două luni la data comunicării – au fost efec-tuate studii clinice pe 30 de femei, din care 28 au fost capabile să elibereze ovocite, fără complicaţii.

Pentru a confirma eficienţa noii me-tode de fertilizare in vitro sunt necesare noi teste, pe care medicii britanici inten-ţionează să le iniţieze. (A.V.)

CTotuşi, în 2009, s-a semnalat o reîntoar-

cere semnificativă, fiind înregistrate 8 cazuri anuale. Mai recent – între 1 ianuarie şi 1 decembrie 2012 – autorităţile sanitare greceşti au recenzat 83 de noi cazuri, dintre care 52 cauzate de parazitul Plasmodium vivax, o „versiune” modificată a parazitului Plasmodium falciparum, care face ravagii în special în Africa.

Ceea ce îngrijorează, însă, autorităţile sanitare este faptul că majoritatea pacien-ţilor au contractat maladia local, fără să fi călătorit vreodată în afara ţări.

Ceea ce înseamnă că ţânţarii teritoriali pot din nou să transmită paludismul! (I.O.)

O proteină produsă de creier, utilizată la fertilizarea in vitro

4

IUNIE 2013

specificat Bowen. „Noi știm că putem ajunge

acolo. Pur şi simplu, nu vrem să stricăm comportamentul la corodare al stentului nostru.”

Cercetătorii au depus un brevet provizoriu pentru descoperirile lor şi testează pentru stent noi materiale pe bază de zinc.

Un articol despre studiul lor, „Comportarea zincului, expus la corodare fiziologică, ideală pentru stenturi bioresorbable”, a fost publicat recent în revista Advanced Materials.

Cercetarea echipei lui Bowen este susținută de o alocaţie predoctorală, pe o perioadă de doi ani, în valoare de 52.000 dolari, de la American Heart Association. Cercetarea inițială a fost susţinută de o bursă de vară de la Fundația DeVlieg.

Consilierul lui Bowen este Jaroslaw Drelich, profesor de ştiinţa şi ingineria materialelor, şi lucrează, împreună, în strânsă colaborare cu Jeremy Goldman, profesor asociat de inginerie

biomedicală. Studenţii Jacob

Braykovich și Matt Tianen lucrează, de asemenea, la dezvol-tarea materialului și testarea corodării lega-te de proiect.

(Sursa: Michigan Technological

University)

CH

IRU

RG

IE C

AR

DIA

CĂ

n 2012, peste 3 milioane de persoane au avut introduse stenturi în arterele lor coro-nare. Aceste mici tuburi men-

ţin vasele de sânge deschise pentru vindecare, după proceduri, precum balonul de angioplastie, care lărgește arterele blocate de cheaguri sau de placa de aterom.

După aproximativ șase luni, arterele cele mai afectate sunt vindecate și pot să rămână deschise pe cont propriu. Cu toate acestea, stentul este acolo pentru toată viața. De cele mai multe ori, aceasta nu este o problemă, susţine Patrick Bowen, doctorand la ştiinţa şi ingineria materialelor de la Michigan Technological University. Peretele arterial se vindecă în jurul stentului vechi, fără nici un efect negativ.

Dar, cu cât un stent rămâne mai mult în organism, cu atât este mai mare riscul de efecte secundare în stadiu tardiv. De exemplu, un stent permanent poate provoca inflamaţie intermitentă și cheaguri de sânge la locul implantului. Într-un procent redus de cazuri, micile segmente metalice care alcătuiesc stentul se pot rupe și sfârșesc prin a sfâşia peretele arterial.

„Când stentul stă în acelaşi loc timp de 15, 20 sau 25 de ani, se pot vedea aceste efecte secundare”, adaugă Bowen. „Nu este neobişnuit ca un stent să fie pus la 60 de ani, iar, în cazul în care pacientul trăieşte până la 80, este o perioadă de timp lungă pentru ca implantul să rămână inert în corpul său.”

De aceea, cercetătorii încearcă să dezvolte un stent, care să poată treptat – şi inofensiv – să se dizolve, după ce vasul de sânge este vindecat. Multe studii au investigat stenturi pe bază de fier și magneziu. Totuşi, fierul nu este promițător: el rugineşte în arteră. Pe de altă parte, magneziul se dizolvă prea repede. „Ne-am întrebat dacă nu s-ar potrivi altceva?, aminteşte Bowen. Și ne-am oprit la zinc. Așa că am pus fire mici de zinc în artere

de şobolani. Rezultatele au fost uimitoare. Rata de corodare a fost exact la nivelul la care trebuia să fie”, a precizat cercetătorul.

Firele s-au degradat la o rată puțin sub 0,2 milimetri pe an – valoarea „magică” pentru stenturi bioresorbabile – pentru primele trei luni. După aceea, coroziunea s-a accelerat, astfel încât implantul să nu rămână în arteră pentru un timp prea îndelungat.

Cel mai important era faptul că arterele şobolanilor au apărut sănătoase atunci când firele au fost eliminate, cu ţesut încadrând ferm implantul.

„În afară de aceasta, zincul reduce ateroscleroza”, a adăugat el, referindu-se la capacitatea binecunoscută a zincului de a lupta cu dezvoltarea plăcilor de aterom în artere.

„Ar fi extraordinar! Un stent de zinc ar putea avea reale beneficii pentru sănătate.”

Există un singur dezavantaj. „Un stent din zinc convențional nu ar fi suficient de rigid pentru a ține deschisă o arteră umană”, a observat cercetătorul.

„Avem nevoie să-l consolidăm, dublându-i tăria.”

„Vestea bună este că există aliaje de zinc comerciale, care sunt până la de trei ori mai puternice”, a

Ana BARBU

Î

Zincul – un material promiţător pentru stenturile bioresorbabile

5

IUNIE 2013

BIO

ING

INE

RIE

echipă de medici de la Duke University Hospital a ajutat la crearea prin bioinginerie a unui vas de sânge şi l-a

transplantat în braţul unui pacient cu boală renală în stadiu terminal.

Procedura, primul studiu cli-nic efectuat în SUA pentru a tes-ta siguranţa şi eficacitatea unui vas de sânge obţinut prin bioin-ginerie, este o piatră de hotar în domeniul ingineriei ţesuturilor.

Noua venă este un produs realizat pe bază de celule umane fără pro-prietăţi biologice care ar putea duce la respingerea de către organism.

Folosind tehnologia dezvoltată la Duke şi la o companie spin-off numită Humacyte, vena a fost pro-iectată prin cultivarea unor celule umane donate, pe o schelă tubu-lară, pentru a forma un vas sangu-in. Vasul sanguin este apoi curăţat de calităţile care ar putea declanşa un răspuns imun. În testele pre-clinice, venele astfel obţinute s-au comportat mai bine decât alte im-planturi sintetice cu bază animală.

„Acesta este un eveniment de pi-onierat în medicină”, a declarat dr. med. Jeffrey H. Lawson, specialist în chirurgie vasculară şi biologie, de la Duke, care a contribuit la dezvoltarea tehnologiei şi a efectuat implantarea.

„Este interesant să vezi ceva la care ai lucrat atât de mult timp devenit realitate. Noi vorbim despre o tehno-logie de translaţie – dezvoltarea unei idei de la laborator la practica clinică – şi acest lucru se întâmplă doar în ca-zul în care există suport multidiscipli-nar şi colaborare pentru a o cultiva.”

Studiile clinice pentru testarea noii vene au început în Polonia, în decembrie, odată cu primele implanturi umane. US Food and Drug Administration a aprobat recent faza 1 a unui studiu cuprinzând 20 de pacienţi care fac dializă renală în Statele Unite, urmat de o revizuire de siguranţă.

Cercetătorii de la Duke au înscris primul pacient din SUA şi vor servi ca lideri de studiu. Studiul iniţial se concentrează pe implantarea vaselor într-un loc uşor accesibil în braţele pacienţilor renali hemodializaţi.

Peste 350.000 de persoane din Statele Unite au nevoie de hemodializă, care necesită de multe ori o grefă pentru a conecta o arteră la o venă pentru a accelera fluxul de sânge în timpul tratamentelor. Opţiunile actuale au dezavantaje.

Grefele vasculare sintetice sunt predispuse la formarea de cheaguri, ceea ce duce la spitalizări frecvente, iar recoltarea venelor de la propriul corp al pacientului implică o procedură separată, cu risc de infecţie şi alte complicaţii.

În cazul în care venele obţinute prin bioinginerie se vor dovedi benefice pentru pacienţii care fac hemodializă, cercetătorii intenţio-nează să dezvolte o grefă disponibilă şi durabilă pentru intervenţii chirur-gicale de bypass cardiac, care sunt efectuate pe aproape 400.000 de persoane din Statele Unite anual, şi pentru a trata blocarea vaselor de sânge de la nivelul membrelor.

„Sperăm că studiul stabileşte bazele pentru modul în care aceste vase sanguine pot fi cultivate, modul în care acestea pot fi încorporate în

gazdă, şi modul în care pot evita să fie respinse imunologic”, a precizat Lawson.

„Un vas de sânge este de fapt un organ – este un ţesut complex. Vom începe cu el şi, într-o zi, am putea fi în măsură să proiectăm un ficat sau un rinichi sau un ochi.”

Vena obţinută prin bioinginerie este produsul unei colaborări de 15 ani între Jeffrey Lawson şi dr. med. Laura Niklason, co-fondator al companiei Humacyte şi fost membru al facultăţii de medicină de la Duke University, care este acum la Yale University. Lawson şi Niklason au format echipă la sfârşitul anilor 1990, descoperind că împărtăşeau un interes comun pentru obţinerea vaselor de sânge prin inginerie.

Cei doi au lucrat pentru a perfecţiona tehnologia în modele animale, ulterior trecând la dezvoltarea de vene pentru implantare umană.

„Tehnologia bioingineriei vaselor de sânge este o nouă paradigmă în ingineria ţesuturilor”, a declarat Niklason, profesor de inginerie biomedicală şi vice-preşedinte al departamentului de anestezie, la Yale University, şi fondator al companiei Humacyte. „Această tehnologie este un pas esenţial pentru pacienţii cu boală renală în stadiu terminal şi ar putea evita intervenţii chirurgicale şi spitalizări. Faptul că aceste vase nu conţin celule vii permite depozitarea simplă la faţa locului în spitale, ceea ce le face primele grefe obţinute prin inginerie care au trecut în evaluare clinică.”

Depăşind eşecuri şi frustrări, cercetătorii au obţinut numeroase progrese, începând cu reţeaua bio-

OSorina RADU

Chirurgii implantează prima

6

IUNIE 2013

BIO

ING

INE

RIE

degradabilă ca schelă pentru vene. Reţeaua, uşor de manipulat în orice formă, este formată într-un vas de sânge de diferite lungimi şi lăţimi. Când este însămânţată cu celulele musculare netede, reţeaua se dizolvă treptat pe măsură ce celulele cresc într-un mediu special de aminoacizi, vitamine şi alte elemente nutritive.

Un îmbunătăţire cheie, care întă- reşte ţesutul obţinut prin bioinginerie, este o forţă pulsatorie introdusă în cursul procesului de creştere, în care substanţele nutritive sunt pompate prin tubul venei într-un ritm asemănător bătăilor inimii, pentru a construi proprietăţile fizice, care sunt asemănătoare cu ale vaselor de sânge native. După câteva luni, rezultă vene asemenea celor vii.

Iniţial, cercetătorii au încercat să dezvolte venele folosind propriile celule ale persoanei pentru a însămânţa schela, reducând riscului de respingere de către corpul pacientului a ţesutului implantat.

Dar creşterea venelor persona- lizate a luat prea mult timp şi a exclus posibilitatea producţiei de masă, astfel încât cercetătorii s-au orientat către

dezvoltarea unui produs universal.

Folosind ţesut uman donat pentru a însămânţa matricea tubulară, se spa-lă vena rezultată într-o soluţie specială pentru a elimina proprietăţile celul-are, lăsând o structură de colagen, care nu declan-şează un răspuns imun.

„La sfârşitul procesului, avem o grefa ne-vie, imunologic tăcută, care poate fi stocată pe raft şi utilizată la pacienţi ori de câte ori au nevoie de ea”, a specificat Niklason. „Spre deosebire de alţi înlocuitori sintetici, din teflon sau dacron, care tind să fie rigide, vasele noastre de sânge corespund mecanic arterelor şi venelor la care sunt cusute. Credem că acesta este un avantaj.”

Atunci când sunt implantate la animale, grefele venoase adoptă, de fapt, proprietăţile celulare ale unui vas de sânge. Ele nu evită doar respingerea, ci devin imposibil de distins de ţesutul viu, pe parcurs ce celulele cresc în implant.

„Ele sunt vii din punct de vedere funcţional”, a subliniat Laura Lawson. „Nu vom şti până când nu vom testa dacă ele funcţionează în acest fel şi la om, dar ştim de la modele animale că sângele circulă prin aceste vase de sânge şi ele au proprietăţi naturale care ţin celulele sanguine sănătoase.”

Primul pacient al Laurei Lawson, un bărbat de 62 de ani din Danville, Virginia, care are insuficienţă renală, a primit grefa de venă obţinută prin bioinginerie, într-o procedură de două ore, la 5 iunie 2013.

(Sursa: Duke University Hospital)

venă obţinută prin bioinginerie

Principiul chirurgiei bariatrice este reducerea volumului stomacului pentru a obţine o pierdere importantă în greutate a persoanelor obeze. O echipă de cercetători suedezi au comunicat, însă, recent concluziile surprinzătoare ale studiului lor. Echipa condusă de Julieen Zierath şi Romain Barres, de la Karolinska Institutet, a descoperit că actul chirurgical amintit are alte consecinţe.

Derivaţia gastrică acţionează direct asupra genelor! În muşchii pacienţilor operaţi, cercetătorii au reperat modificări epigenetice, adică schimbări în structura externă a ADN-ului, determinante în punerea în activitate sau repaus a genelor. În cazul

de faţă, genele PGC-1a (alfa) şi PDK4.„Cea dintâi, implicată în producţia

de energie pentru celule, este subexprimată la persoanele obeze. Cea de a doua, supraexprimată induce o utilizare preferenţială a grăsimilor faţă de zaharuri. Or, după şase luni de la operaţie şi pierderea în greutate, aceste gene au fost regăsite la nivel <normal> de exprimare”, a explicat Romain Barres.

Cercetătorii mai au de aflat dacă această modificare este o consecinţă a pierderii în greutate sau ea este cea care a favorizat pierderea. (A.V.)

Reducerea chirurgicală a stomacului are efect…asupra genelor obezilor

7

IUNIE 2013

EL

ET

RO

NIC

E M

ED

ICA

LE

nouă tehnologie în curs de dez-voltare la Ohio State University deschide calea pentru dispozi-tive electronice low-cost, care lu-

crează în contact direct cu ţesutul viu în interiorul corpului.

Prima utilizare planificată a tehnolo-giei este un senzor care va detecta stadii foarte timpurii ale respingerii unui organ transplantat.

Paul Berger, profesor de inginerie electrică, ştiinţa computerelor şi fizică la Ohio State University, a explicat că bariera pentru dezvoltarea de senzori implantabili este faptul că majoritatea electronicelor existente sunt bazate pe siliciu, şi electroliţi din organism interferă cu semnalele electrice din circuitele de siliciu.

Alţi semiconductori, mai exotici, ar putea funcţiona în organism, dar ei sunt mult mai scumpi şi mai greu de fabricat. Siliciul este relativ ieftin şi este non-toxic.

„Provocarea este de a reduce deca-lajul dintre electronicele accesibile, pe bază de siliciu pe care ştim deja cum să le construim, şi sistemele electro-chimice ale corpului uman”, explică prof. Berger.

Într-o lucrare apărută în revista „Electronics Letters”, Berger şi colegii săi descriu un nou strat, în curs de patentare, care va acoperi acest decalaj.

În teste, circuitele de siliciu, care au fost acoperite cu noua tehnologie continuă să funcţioneze, chiar şi după 24 de ore de imersie într-o soluţie care imită chimia tipică a corpului.

Proiectul a început atunci când Berger a vorbit cu cercetătorii de la departamentul de inginerie biomedicală de la Ohio State University, care au vrut

să construiască un senzor inserabil, pentru a detecta prezenţa proteinelor care marchează primele semne ale respingerii unui organ implantat în organism. Ei au lucrat pentru a dezvolta un senzor de proteine din nitrură de galiu.

„Avem deja senzori care ar putea face faţă cu bine la detectarea acestor proteine, dar aceştia sunt realizaţi din siliciu.

Aşa încât ne-am întrebat dacă am putea aplica un strat de protecţie care ar proteja siliciul şi l-ar lăsa să funcţioneze în timp ce este atins direct de sânge, fluide corporale sau ţesut viu”, a relatat Berger.

În organism, electroliţii, precum sodiul sau potasiul, controlează nervii şi muşchii şi menţin hidratarea. Ei fac aceasta purtând o sarcină electrică pozitivă sau negativă care declanşează reacţii chimice importante. Dar aceleaşi sarcini fac electroliţii atractivi pentru siliciu, care îi va absorbi cu uşurinţă. Odată ajunse înăuntru, sarcinile modifică comportamentul electronic al siliciului, astfel încât citirile senzorului nu pot fi de încredere.

În cadrul studiului, echipa lui Berger a testat dacă electroliţii pot fi blocaţi de la intrarea în siliciu, cu un strat de oxid de aluminiu. Pentru testare, cercetătorii au scufundat senzorii filmaţi în fluid până la 24 de ore, i-au scos din soluţie şi, apoi, au trecut o tensiune peste ei, pentru a vedea dacă au lucrat în mod corespunzător. Testele au arătat că stratul de oxid de aluminiu a blocat eficient electroliţii din soluţie, astfel încât senzorii au rămas pe deplin funcţionali.

Odată dezvoltat, un dispozitiv folosind această tehnologie ar putea detecta anumite proteine pe care organismul le produce atunci când respingerea organului transplantat este doar la început. Medicii ar introduce un

ac în corpul pacientului, în apropiere de locul organului implantat. Senzorii de siliciu de pe ac vor detecta proteina, iar medicii vor şti cum să adapteze doza de medicamente anti-respingere a pacientului bazată pe citirile senzorilor.

„Reuşita reprezintă un prim pas spre fabricarea unor dispozitive care ar putea fi implantate în organism pe termen lung”, a anticipat Berger.

Deşi studiul actual descrie un senzor de siliciu acoperit cu oxid de aluminiu, el prevede că alte dispozitive ar putea utiliza straturi realizate din alte materiale, spre exemplu titan. Astfel de straturi ar putea fi chiar adaptate pentru a stimula performanţa senzorilor sau altor dispozitive biomedicale.

În special, Berger prevede o potenţială utilizare a semiconductorilor acoperiţi cu polimer, care merge dincolo de detectarea substanţelor chimice din organism. El presupune că astfel de semiconductori ar putea înlocui, în organism, nervii care au fost afectaţi de boli sau leziuni.

„Am putea înlocui un nerv deterio-rat cu un neuron artificial şi restaura imediat funcţionalitatea – este o posibilitate foarte interesantă”, a explicat el.

Echipa lui Berger lucrează cu cercetătorii Tom Rosol, profesor de biostiinţe, şi Phillip Popovich, professor de neuroştiinţe, de la Ohio State University, pentru a explora această posibilitate.

Coautori ai lucrării apărute în Electronics Letters sunt doctoranzii Anisha Ramesh, Fang Ren, Patricia Casal şi Samit Gupta, doctorandul în inginerie biomedicală Andrew Theiss şi Stephen Lee, profesor asociat de inginerie biomedicală. Universitatea va licenţia această tehnologie pentru a o dezvolta în continuare.

(Sursa: Ohio State University)

OIoana OLTEANU

Un nou strat face circuitele de siliciu implantabile

IUNIE 2013 9

IUNIE 2013

IUNIE 2013

care acţionează prin afectarea materialului genetic al celulelor, sau o moleculă care se va ataşa pe o genă specială în interiorul celulei.

Cercetătorii cultivă apoi celule la suprafaţa medicamentului potenţial. Unele dintre celulele vor absorbi medicamentul, iar cercetătorii pot monitoriza schimbările provocate de diferite medicamente în celule. Dar, în multe cazuri, această metodă nu funcţionează foarte bine, deoarece unele dintre celule nu vor să primească medicamentele.

„Prin noua metodă, vom ataşa molecule ale medicamentelor testate la seturi de nano-ace, injectându-le, apoi, în acelaşi fel în care s-ar proceda cu o seringă medicală obişnuită”, explică Sikorski.

Cercetătorii au creat nano-acele într-un mic cuptor ceramic. Au folosit ceva care arată ca o folie de aluminiu, cu un mic plasture ars pe ea (care este de fapt o foaie subţire de cupru), expunându-le pentru două ore la 500 de grade – în condiţii de căldură, cuprul reacţionează cu oxigenul, creând oxid de cupru. Produsul final, care arată,

sub microscop, ca o iarbă gri, sunt, de fapt, nano-acele.

Următorul pas este de a pune ceva similar cu seul pe ace, astfel încât acestea să poată fi scoase din placa de cupru.

Pe partea de jos a dispozitivului este lipită sticlă, astfel încât totul să fie transparent. Produsul finit arată ca un mic pat rotund de cuie. Cercetătorii pot aplica acum celulele pe partea de sus a nano-acelor şi observa dacă de medicamentele testate pot fi injectate în celule.

Dar unele celule încearcă să-i păcălească pe cercetători. În timp ce unele celule sunt înţepate uşor de nano-ace, altele înglobează acele şi cresc în jurul lor.

„În prezent, lucrăm la găsirea unor metode corecte pentru a insera acele şi pentru a ne asigura că toate celulele sunt înţepate de nano-ace”, precizează Sikorski.

Nimeni altcineva din Norvegia nu produce nano-ace ca acestea. De asemenea, cercetătorii de la NTNU sunt primul grup din lume care a dezvoltat o suprafaţă de cupru de dimensiuni mai mari acoperită cu nano-ace.

(Sursa: Norwegian University of Science and Technology)

NA

NO

TE

HN

OL

OG

IIIoana OLTEANU

izicianul Pawel Sikorski şi grupul său de la Norwegian University of Science and Technology (NTNU) fac paturi de cuie în miniatură – o

plăcuţă acoperită cu nano-ace concepute pentru puncţia celulelor individuale.

Sună un pic dureros, dar nici unul din aceste ace nu va merge direct în corpul pacientului, pentru că subiecţii testaţi sunt celule sub microscop. Sikorski lucrează la dezvoltarea unor instrumente avansate cu ajutorul cărora cercetătorii să înţeleagă ce se întâmplă în interiorul celulelor corpului.

„Aceste nano-ace vor face cercetarea medicală mai eficientă”, susţine el.

O modalitate de a înţelege în ce mod influenţează diferite molecule funcţia celulelor este aceea de a livra molecule direct în celule şi a studia efectul.

În mod tradiţional, cercetarea în acest domeniu se face prin printarea mai multor substanţe diferite pe o sticlă sau pe altă suprafaţă, pentru a studia efectul lor asupra celulelor de interes. Substanţele ar putea fi un potenţial medicament împotriva cancerului,

F

Nano-ace pentru celule

11

Mult timp s-a crezut că bebe-luşii nu au conştiinţă şi că răs-punsurile lor la stimuli sunt automate. Sid Kouider, de la La- boratorul de ştiinţe cognitive şi psiholingvistică, din Paris, a adus, însă, proba contrarie, comparând activitatea lor neuronală cu cea a adulţilor.

Când unui adult îi este prezen-tată o informaţie vizuală – o ima-gine – neuronii din regiunile senzo-riale situate în cortexul temporo-occipital se activează aproape instantaneu şi, dacă prezentarea imaginii durează suficient de mult, se stabilesc conexiuni către cortexul

prefrontal, care, la rândul său, reactivează neuronii din regiunile prefrontale. „Acest fenomen de feed-back face să fie păstrată în conştiinţă informaţia vizuală, iar privitorul să fie conştient de ceea ce a văzut”, explică cercetătorul.

Împreună cu echipa sa, Kouider a arătat că această sec-venţă de evenimente neurologice este prezentă la bebeluşi de la vârsta de 5 luni. Cu o diferenţă: răspunsul lor neuronal este mai îndelungat. „În timp ce a doua etapă, cea necesară conştienţei vizuale, survine la adult după 300 de milisecunde de vizualizare, la

bebeluşii de 5 luni nu debutează decât după 900 de milisecunde. Bebeluşii sunt conştienţi de ceea ce văd, dar conştientizarea lor este mai lentă”, precizează Sid Kouider.

Cercetătorii intenţionează să verifice care este situaţia în cazul vârstelor mai mici. (A.B.)

De la vârsta de 5 luni, bebeluşul e conştient de ceea ce vede

IUNIE 2013

IUNIE 2013

n grup de cercetători de la University of Southampton au dezvoltat un dispozitiv care înregistrează activita-

tea „creierului” de vierme, pentru a facilita testarea efectelor medi-camentelor.

Acest dispozitiv deschide calea spre o nouă analiză

NeuroChip este un dispozitiv electrofiziologic microfluidic, care poate captura viermele micros-copic Caenorhadbitis elegans şi înregistra activitatea circuitelor neuronale discrete din „creierul” viermelui – echivalentul EEG.

C. elegans au fost extrem de importanţi prin furnizarea introspecţiei în procesele de semnalizare fundamentale din sistemul nervos şi acest dispozitiv deschide calea pentru o nouă analiză.

Înainte de această dezvoltare, înregistrările electrofiziologice care relevă activitatea celulelor nervoase excitatoare şi inhibitoare în sistemul nervos al viermelui necesitau un nivel ridicat de expertiză tehnică – pentru a face înregistrarea, viermii microscopici simpli (1mm lungime), trebuie să fie prinşi la capătul unui tub de sticlă, cu un microelectrod.

Viermii sunt foarte mobili, precum şi foarte mici şi, din acest motiv, procedura de înregistrare poate fi dificilă.

Invenţia microfluidică constă dintr-un rezervor prin care viermii pot fi introduşi, unul după altul, într-un canal îngust umplut cu lichid. Canalul, care se îngustează la un capăt, prinde viermele de capătul din faţă.

Viermele este apoi orientat corect pentru înregistrarea activităţii sistemului nervos în partea anterioară a corpului său. Dispozitivul cuprinde electrozi metalici, care sunt conectaţi la un amplificator pentru a face înregistrarea.

Proiectarea canalului-capcană a fost optimizată de doctorandul Chunxiao Hu, astfel încât calitatea înregistrării „EEG” a viermelui este suficient de bună pentru a rezolva activitatea componentelor circuitului neuronal în sistemul nervos al viermelui.

Dispozitivul efectuează rapid milioane de teste chimice,

genetice sau farmaculogice

Acest dispozitiv a fost folosit pentru a detecta efectele medicamentelor şi este foarte potrivit pentru testări cu randament înalt (care permit cercetătorilor să efectueze rapid milioane de teste chimice, genetice sau farmacologice) în neurotoxicologie şi pentru screening-ul generic al medicamentelor neuroactive.

El are mai multă putere pentru

a rezolva efectele discrete asupra transmisiei excitatoare, inhibitoare sau modulatoare, decât era posibil înainte, cu testările comportamentale.

Referindu-se la noul dispozitiv, profesorul de neuroştiinţe Lindy Holden-Dye, de la Universitatea din Southampton, autorul prin-cipal al lucrării publicate, a precizat: „Suntem deosebit de interesaţi de folosirea acestui nou instrument sensibil pentru screeningul com-puşilor de neurotoxicitate.

Aceasta ne va permite să cuantificăm cu precizie efectele subletale asupra activităţii reţelei neuronale. Dispozitivul poate oferi, de asemenea, o platformă bogată de informaţii prin raportarea efectelor compuşilor asupra unei game diverse de căi neurotransmiţătoare, care sunt implicate în toxicologia mamiferelor.”

Cercetarea, care este publi-cată în ultimul număr al revistei „PLoS One”, este un proiect comun al Centre for Biological Sciences şi Hybrid Biodevices Group din cadrul University of Southampton.

(Sursa: University of Southampton)

Pentru testarea efectelor medicamentelor, cercetătorii au dezvoltat un EEG pentru…viermi

Cristina SORESCU

U

13

EL

EC

TR

OF

IZIO

LO

GIE

MIC

RO

FL

UID

ICĂ

IUNIE 2013

BO

LI

NE

UR

O-P

SIH

ICE

șoareci

n cadrul activităţii desfăşurate la Massachusetts Institute of Technology, din Boston, Eric Burguière, un cercetător de la INSERM, şi colaboratorii săi au

reuşit să reducă comportamentul compulsiv al şoarecilor folosind tehnica optogenetică – o combinaţie a stimulării luminoase cu ingineria genetică.

Prin aplicarea stimulării lu-minoase a neuronilor foarte specifici din creier, cercetătorii au reuşit să restabilească comportamentul normal la şoareci care au prezentat anterior un comportament repetitiv patologic, similar cu cel observat la pacienţii umani suferinzi de tulburări obsesiv-compulsive.

Aceste rezultate au fost publi-cate în revista „Science”, din 7 iunie 2013.

Comportamentul repetitiv este caracterizat printr-un anumit număr de tulburări neuro-psihice, în special tulburări obsesiv-compulsive, care se dezvoltă într-o asemenea măsură încât devin un handicap real pentru viaţa de zi cu zi (de exemplu, spălarea mâinilor până la de 30 de ori pe zi; sau verificarea excesivă dacă uşa este blocată etc.).

Tulburările obsesiv-compulsive afectează 2-3% din populaţie şi, în Franţa, se estimează că sunt afectate de această tulburare peste un milion de persoane. Tratamentul uzual pentru tulburările obsesiv-compulsive este utilizarea preparatelor farmacologice (anti-depresive, neuroleptice) şi/sau psihoterapia comportamentală.

În pofida acestor combinaţii terapeutice, simptomele severe persistă la aproximativ o treime din pacienţi. Deci, pentru a putea oferi un tratament mai bun, este necesară obţinerea unei mai bune înţelegeri a mecanismelor cerebrale care produc aceste comportamente repetitive.

Studiile neuroimagistice ante-rioare au permis identificarea unor disfuncţionalităţi în circuitele neuronale situate între partea din faţă a creierului (cortexul prefrontal) şi structuri cerebrale mai profunde (ganglionii de la baza creierului), la anumite persoane care suferă de tulburări obsesiv-compulsive.

În acest nou studiu, Eric Burguière şi colaboratorii săi (în laboratorul prof. Ann Graybiel, de la MIT), au concentrat cercetarea pe acest circuit neuronal, atât pentru a examina funcţia sa în detaliu, cât şi pentru a dezvolta o abordare a tratării tulburărilor obsesiv-compulsive la un model de şoarece mutant.

La aceşti şoareci mutanţi, comportamentul obsesiv a fost exprimat prin îngrijiri repetate, pe tot parcursul zilei, în asemenea măsură, încât au provocat leziuni cutanate.

Din punct de vedere fiziologic, aceste animale nu reuşesc să exprime o proteină (cauzată de lipsa genei Sapap3), care este, în mod normal, prezentă în sinapsele neuronilor striatali, o structură care face parte din ganglionii de la baza creierului şi este implicată în funcţii, precum secvenţele de învăţare, obiceiurile în curs de dezvoltare, sau luarea deciziilor.

Aceste modele de şoarece au permis cercetătorilor observaţii iniţiale care au arătat că apariţia comportamentului compulsiv la şoarecii mutanţi a fost cauzată de o deficienţă în inhibiţia com-portamentală. Şoarecii sunt în imposibilitate de a opri actul de îngrijire, chiar şi atunci când aceasta nu mai este necesară.

Cercetătorii au folosit apoi înregistrări ale activităţii neuronale pentru a arăta că disfuncţia de comunicare în creier între neocortex şi striatum duce la hiperactivitatea neuronilor striatali la şoareci.

Utilizarea luminii

Pentru a verifica această ipoteză, a fost folosită optogenetica. Această metodă constă în modificarea neuronilor identificaţi anterior, astfel încât să-i facă să exprime proteine sensibile la lumină, cunoscute sub numele opsine.

Întrucât celulele neuronale sunt mai sensibile la lumină, devine posibil să se controleze activitatea lor prin excitarea sau inhibarea ei

ÎSorina RADU

14

compulsivă la

cu ajutorul unui fascicul simplu de lumină.

Când cercetătorii au folosit stimularea luminoasă pentru a excita neuronii din cortex care trimit mesaje la striatum, tulburările compulsive ale şoarecilor au fost mult atenuate. Pe de altă parte, când nu a existat nici o stimulare, comportamentul compulsiv a reapărut.

„Descoperirile noastre arată că stimularea selectivă a circuitului poate restabili un comportament normal la şoareci care au prezentat iniţial un comportament repetitiv patologic, similar cu tipul de comportament observat la anumiţi pacienţi care suferă de tulburări obsesiv-compulsive”, a specificat Eric Burguière.

Acest studiu este promiţător din punct de vedere metodologic, deoarece arată că abordarea prin optogenetică poate permite identificarea rolului jucat de circuitele neuronale din creier, care, dacă sunt disfuncţionale, sunt susceptibile a provoca un comportament patologic.

Pentru cercetători, acest studiu este, în plus, interesant, în lumina perspectivelor sale clinice.

„Am decis să mă întorc în Franţa, ca parte a unei echipe Inserm, astfel încât să pot rula un studiu paralel privind efectele fiziologice şi comportamentale ale stimulării cerebrale profunde, la pacienţii care suferă de tulburări obsesiv-compulsive, şi la şoareci, utilizând tehnica optogenetică, în scopul obţinerii unei înţelegeri mai bune a modului în care lucrează stimularea cu lumină.”

(Sursa: Massachusetts Institute of Technology)

BIO

TE

HN

OL

OG

II

15

muşchilor şi creieruluiAlina VÂLCEA

Viitorul îngrijirii sănătăţii s-ar putea afla într-un mic plasture de hârtie subţire, aplicat pe piele, de unde colectează informaţii vitale. Bio-plasturele-senzor dezvoltat de cercetătorii de la KTH Royal Insti-tute of Technology este ieftin, ver-satil şi, cel mai bun din toate, con-fortabil de purtat. Geng Yang, un cercetător de la centrul JRC iPack, al KTH, susţine că bio-plasturele măsoară semna-lele bioelectrice prin piele, cule-gând date de pe diferite părţi ale corpului, în funcţie de locul unde este amplasat. „Pe piept oferă electrocardio-grafie (ECG), pe craniu măsoară undele cerebrale (EEC), iar pe antebraţ poate măsura răspunsul muşchiului la stimularea de către sistemul nervos (EMG)”, spune el. De asemenea, are un senzor încorporat, care monitorizează constant temperatura corpului. Cu o conexiune fără fir, pa-cientul poate analiza citirile din smartphone-ul său, sau trimite da-tele prin internet la un profesionist din domeniul sanitar, pentru dia-gnostic. „Gândirea din spatele plastu-relui prevede că îngrijirea sănătă-ţii poate fi mutată din spitale şi în casă”, subliniază Yang. „Plasturele este un pas spre ceea ce este cu-noscut sub numele de auto-îngriji-re, ceea ce este valoros în speci-al pentru pacienţii externaţi după operaţie, sau pentru persoane în vârstă şi fără ajutor extern”, spune

cercetătorul.În timp ce tehnologia este ver-

satilă, interesul s-a concentrat asupra inimii. „Bolile de inimă reprezintă majoritatea din totalul deceselor în UE”, adaugă el.

Potrivit lui Yang, bio-plasture-le poate ajuta şi la depistarea bo-lilor creierului, prin generarea de date EMG, care-i ajută pe medici să distingă modificările muscula-re datorate unor probleme neu-rologice.

Sursa de energie a bio-plas-turelui o reprezintă o baterie de grosimea unei coli de hârtie, care permite ca plasturele să fie con-fortabil şi cât mai mic posibil.

„Confortul pacientului va fi un factor de succes important pentru următoarea generaţie a tehnolo-giei medicale”, subliniază Yang. „Cu bio-plasturele, toate compo-nentele electronice sunt montate pe o folie flexibilă, ceea ce îl face uşor de aplicat pe piele şi confor-tabil de purtat.” Plasturele poate fi aruncat după utilizare.

Bio-plastuele a prilejuit mai multe publicaţii în reviste ştiinţifi-ce de prestigiu şi dezvoltarea cu succes a unui prototip.

Autorul invenţiei spune că mai multe companii şi-au arătat deja interesul pentru produs.

(Sursa: KTH Royal Institute of Technology)

IUNIE 2013

IUNIE 2013

IMA

GIS

TIC

Ă M

ED

ICA

LĂ O nouă tehnică de imagistică redă

formarea structurilor timpurii ale măduvei spinării

ntr-o fabrică, forțe exterioare dictează asamblarea pieselor. Roboții ridică instrumentele de pe tăvi, asamblează piesele și le

trimit pe drumul lor. Chiar dacă embrionii nu sunt

fabrici, există teorii cu privire la dezvoltarea celulelor embrionare asamblate ca piesele de către forțe exterioare. De exemplu, în conformitate cu un model de manual îndelung creditat privind formarea tubului neural, celulele stau și așteaptă comenzi, iar soarta lor depinde în întregime de locurile în care se află.

Dar noi cercetări efectuate de o echipă condusă de prof. Sean Megason, specialist în sisteme biologice, oferă o imagine dramatic diferită asupra modului în care este determinată soarta celulelor.

Filmul dezvoltării timpurii arată că celulele neuronale decid ce soarta vor adopta în timp ce se deplasează repede din loc în loc, ceea ce face greu de observat dacă modelul „de manual” poate fi adevărat.

Prof Megason şi colegii săi propun, în locul amplasării care spune celulei ce identitate să adopte, ipoteza că întâi este fixată identitatea celulei și apoi determinată locația.

Lucrarea oferă o perspectivă asupra modului în care embrionii reușesc să dezvolte aceleaşi structuri complexe, în pofida unei game largi de posibile condiţii de mediu şi genetice.

„Embrionii pot fi proiectaţi

Îevolutiv să ajungă la acelaşi apogeu, în pofida variaţiei pe care Mamei Natura o lansează pe drumul lor”, a spus Sean Megason. Aceste descoperiri au fost publicate la 25 aprilie în revista Cell.

Timp de decenii, manualele au descris formarea tubului neuronal folosind modelul unui „steag francez”. Dungile steagului corespund cu soarta fiecărei celule clar delimitată, apărută ca răspuns la un semnal biochimic care se răspândeşte peste embrion într-un gradient de concentrație mare sau una scăzută.

Concentrațiile de nivel înalt instruiesc celulele să-și asume o soarta, de exemplu, pentru a deveni neuroni motorii. Concentrații mai mici mandatează diferit soarta celulelor. Acest model ordonat s-a bazat pe instantanee ale dezvoltării embrionare la stadii de dezvoltare precoce și tardive.

„În etapele ulterioare, totul pare frumos”, a specificat prof. Megason. „Dungi evidente ale modelelor de expresie a genelor sugerează că soarta celulelor a fost pusă în aplicare de către o forță externă.”

În tubul neural, această forță este un semnal biochimic numit arici sonic, o genă de dezvoltare numită morfogenă deoarece ţesutul modelelor se bazează pe concentrația sa.

Sean Megason a dezvoltat, însă, o nouă tehnică de imagistică și analiză a datelor care permite observarea directă a celulelor într-un embrion după cum se mișcă și

se modifică în timp. El a folosit-o pentru a vedea ce se întâmplă în embrion între instantaneele precoce și tardive. „Dacă vrei să înţelegi cum funcţionează ceva, trebuie să începi prin a-l viziona pur şi simplu”, a spus el.

Fengzhu Xiong, primul autor al lucrării şi masterand în laboratorul lui Megason, a folosit noua tehnologie de imagistică la embrioni de peşte zebră care au crescut sub un microscop.

Embrionii au fost modificaţi, astfel încât fiecare celulă a fost marcată şi identificabilă individual prin imagistica de înaltă rezoluţie. Aceşti markeri şi softul dezvoltate în laboratorul lui Megason au permis ca mișcările fiecărei celule din tubul neural ventral să fie urmărite în timp. Când embrionul a ajuns la o etapă-cheie a dezvoltării, celulele exprimă etichete fluorescente suplimentare care indică tipul fiecărei celule. Imaginea finală rezultată arată dungi clare - șiruri de tipuri de celule, care au dat naștere modelului „steagului francez”.

Prin rularea înapoi a filmului video, Megason și Xiong au refă-cut, însă, pașii fiecărei celule, știind foarte bine soarta fiecăreia dintre ele.

„În modelul stabilit de manual, celulele ar trebui să rămână în același loc, pentru că modelul spune că celulele adoptă soarta lor, în funcție de poziție”, a subliniat Megason. „Dar, când am dat celulele înapoi în timp, toate acestea s-au amestecat.” >>

Sorina RADU

16

IUNIE 2013

NA

NO

TE

HN

OL

OG

IISchele mai performante pentru creşterea oaselor, din nanoargilă

>> Megason și Xiong au constatat că, răspunsul la semnalul morpho-genei forma dungi neclare. Cel mai probabil, estomparea se produce deoarece celulele nu stau pe loc și, prin urmare, ele nu primesc ordine precise. Totuşi, în timp, celulele se grupează în dungi evidente.

Încă nu este clar mecanismul molecular care reglementează soarta celulelor. Există posibilitatea ca, pe parcurs ce celulele își

asumă soarta, ele să activeze diferite molecule adezive care le fac să se lipească una de alta în moduri diferite. „Odată ce au aceste afinități diferențiale, ele s-ar putea auto-asambla”, a prespus Megason.

Pasul următor, cercetătorul a intrat mai adânc în biologia moleculară pentru a determina dacă aderența conduce la auto-asamblare.

În plus, el a extins investigația dincolo de cele trei tipuri de celule ale studiului, neuronii motorii, placa de podea medială și celulele placii de podea laterală, pentru a include în studiu mai multe tipuri de celule implicate în formarea măduvei spinării.

Această lucrare este sprijinită de NIH prin granturile HG004071 și DC010791.

(Sursa: Harvard Medical School)

O nouă tehnică de imagistică redă formarea structurilor timpurii ale măduvei spinării

Alina VÂLCEA

17

Afectat de leziuni, boli sau vârstă, organ-ismul nu poate crea os nou, dar e posibil ca ştiinţa să poată. Cercetătorii de la North Da-kota State University (NDSU) fac progrese în ingineria ţesuturilor, proiectând unele structuri care ar putea conduce la modalităţi de a re-genera osul.

Publicată în „Journal of Biomedical Mate-rials Research Part A”, cercetarea efectuată de Kalpana Katti, Dinesh Katti şi doctoran-dul Avinash Ambre include o nouă metodă care utilizează nanoargile la crearea schele-lor pentru mineralizarea mineralelor osoase, precum hidroxiapatita.

Reţeaua schelelor 3-D create de echi-pa de cercetare NDSU sunt compuse din materiale biodegradabile, compatibile cu ţesutul uman. De-a lungul timpului, celulele generează os şi schelele se deteriorează. Nanoargilele îmbunătăţesc proprietăţile me-canice ale schelei permiţându-i acesteia să suporte sarcina în timp ce se generează osul.

O constatare interesantă a grupului de cercetători condus de Katti arată că nanoar-gilele asigură, de asemenea, proprietăţi bio-logice utile schelei.

„Nanoargilele biomineralizate conferă, de asemenea, schelei abilităţi osteogenice sau de formare osoasă, pentru a permite gene-rarea osului”, a specificat Kalpana Katti, profesor de inginerie civilă la NDSU.

„Deşi ar fi fost interesant să spun că această descoperire a avut un «moment Eureka», descoperirea fost o explorare metodică de simulări şi de modelare, care indică faptul că nanoargilele modificate de aminoacizi sunt nanomateriale noi viabile.” Constatările cercetării curente evidenţiază potenţialul utilizării nanoargilelor pentru aplicaţii mai largi în medicină.

Grupul de la NDSU a publicat recent un studiu în „Journal of Biomedical Materials Research Part A”, raportând că nanoargilele mediază diferenţierea celulelor umane în ce-lule osoase şi cresc osul.

Grupul de cercetare condus de Katti foloseşte aminoacizi, „cărămizile” vieţii, pentru a modifica structurile de argilă şi nanoargilele modificate determină creşterea osului nou.

„Studiile noastre curente de cercetare în curs de desfăşurare implică utilizarea de bioreactoare care imită fluxul de lichid/ sânge în corpul uman în timpul regenerării ţesutului osos”, a explicat Kalpana Katti.

S-a spus ironic că lutul atât de răspândit în Red River Valley ar putea fi parte integrantă a construcţiei osoase la om. Argilei îi place să se umfle şi îi place să se micşoreze – o pro-vocare pentru ingineri de a construi structuri echivalente cu nisipurile mişcătoare.

Asemenea argile pot provoca, la nivel mondial, daune de miliarde de dolari zgudu-

ind infrastructura, încovoind poduri şi drumuri sau prăbuşind clădiri.

Dar, la scară nanometrică, substanţele prezintă proprietăţi foarte diferite. Când este vorba de a servi ca o componentă în schele osoase, nanoargilele sunt o altă poveste.

Grupul condus de Katti la NDSU a deschis calea utilizării nanoargilelor în re-generarea osoasă, din 2008, cu rezultate ale cercetării care au apărut în „Biomedical Materials”, „ASME Journal of Nanotechnol-ogy for Engineering and Medicine”, „Materi-als Science and Engineering C”, la care se adaugă, în februarie 2013, publicarea în „Journal of Biomedical Materials Research Part A”.

„Ingineria ţesutului osos reprezintă o promisiune importantă pentru medicina regenerativă”, a remarcat Kalpana Katti. Potrivit informaţiilor provenite de la National Institutes of Health, peste un milion de ameri-cani au nevoie de înlocuirea unui şold sau genunchi, în fiecare an.

Date fiind îmbătrânirea populaţiei, la care se adaugă leziunile ortopedice ale militarilor veterani şi efecte ale unor boli precum os-teoporoza şi artrita, promisiunea cercetării ştiinţifice de a genera os uman ar putea avea implicaţii profunde în viitor.

(Sursa: North Dakota State University)

IUNIE 2013

IUNIE 2013

MIC

RO

BIO

LO

GIE

Pentru a înţelege mai bine modul în care bacteriile influenţează mediul, un fost doctorand de la University of California, Riverside, a lucrat aproape un an, pentru a construi un sistem care reproduce colonul uman, fosa septică şi apele subterane, şi a „hrănit” colonul de trei ori pe zi, timp de o săptămână cât au durat experimentele, pentru a simula mâncatul uman.

Ian Marcus, care a obţinut recent titlul de doctor de la UC Riverside Bourns College of Engineering, a relatat că discuţia asupra cercetării a lăsat, de multe ori, oamenii oarecum nedumeriţi.

„Oamenii ar manifesta interes faţă de astfel de problemă, dar, cu siguranţă, nu vorbesc despre ea, pur şi simplu, pentru că avem de-a face cu excremente”, a observat Ian Marcus.

„Are mirosul corespunzător. Are totul!”

Bacteriile proliferează de obicei în comunităţi microbiene cu alte

microorganisme

Lui Marcus i-a venit ideea proiectului după ce a observat că cercetătorii studiază de obicei bacteriile într-un mediu izolat, în condiţii ideale de creştere. Asta prezintă o problemă, deoarece bacteriile proliferează de obicei în comunităţi microbiene cu alte microorganisme, precum archaea, ciuperci şi protozoare.

Ian Marcus a decis să rezolve această problemă prin crearea unui mediu simulat, în care ciclul de viaţă al bacteriilor (el a folosit, în aceste experimente, o tulpină patogenă de E. coli) şi al comunităţilor microbiene în care trăiesc, pot fi studiate de

la colonul uman până la tratarea apelor şi la apele subterane.

In trecut, cercetătorii au simulat intestinul oamenilor şi medii acvatice sintetice, dar nimeni nu a combinat cele două, susţine Marcus.

Comparând concluziile sale cu cele ale cercetătorilor care au lucrat cu bacterii într-un mediu izolat, Marcus a constatat că, în comunitatea microbiană, tulpina E. coli poate fi mai puţin mobilă în mediile acvatice şi mai predispusă la formarea biofilmului decât specia izolată.

Aceasta înseamnă că E. coli ar persista mai mult în mediul înconjurător, deoarece biofilmul oferă un refugiu pentru toate microorganismele din el. Când biofilmul ajunge la maturitate, bacteriile sunt trimise să colonizeze o altă suprafaţă – astfel, bacteriile pot supravieţui în mediu perioade mai lungi de timp.

Microorganismele ar trebui studiate în habitatele lor naturale

„Înseamnă că agenţii patogeni ar putea persista mai îndelung şi, într-o perioadă lungă de timp, să călătorească pe distanţe mai mari în apele subterane”, a precizat Ian Marcus.

Marcus a mai declarat, că cercetările sale arată că microorganismele ar trebui studiate pe cât posibil în habitatele lor naturale.

Marcus, care a lucrat în laboratorul profesorului asociat Sharon Walker, specialist în inginerie chimică şi a mediului, şi-a publicat concluziile într-o lucrare intitulată „Conectarea

structurilor comunitare microbiene pentru a funcţiona în sisteme simulate reprezentative”, apărută în revista „Applied Environmental Microbiology”.

Co-autori au fost profesorul Walker şi foştii studenţi în laboratorul său, Hailey A. Wilder şi Shanin J. Quazi.

„Este o plăcere să lucrezi cu studenţi care pot să aducă idei proaspete despre cum ne putem apropia de ţintele noastre”, a subliniat Sharon Walker.

„Studiul lui Ian a oferit o perspectivă critică nouă asupra modului în care se comportă comunităţile microbiene în tratarea apelor uzate şi contribuie la contaminarea biologică a apei – ceea ce schimbă într-adevăr paradigma modului în care facem cercetare şi gestionăm resursele de apă.”

(Sursa: University of California)

Colon uman simulat pentru studiul interacţiunilor macromicrobiene

19

Ana BARBU

IUNIE 2013

CH

IRU

RG

IE V

AS

CU

LA

RĂ

TALON DE ABONAMENT DA, doresc ABONAMENT la revistaNume, Prenume

Str.: Nr. Bl. Sc. Ap.

Loc.: Cod: Jud.:

Telefon:

Am plătit . . . . . . . . . . . . . . . . . lei în data de . . . . . . . . . . . . . . . . . cu mandat poştal nr. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . q ordin de plată nr. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . q

pe o perioadăde: 3 luni la preţul de q 12 lei 6 luni la preţul de q 24 lei12 luni la preţul de q 48 leiîncepând cu luna

Cercetătorii au dezvoltat spume

Ana BARBU

metodă inovatoare pentru tratarea anevrismelor cerebrale cu potenţial fatal prin umplere

cu spumă de material plastic este cu un pas mai aproape de studiile clinice – după ce i s-a demonstrat capacitatea de a promova vindecarea la niveluri fără precedent – spune un cercetător de la Texas A&M University care are în curs de dezvoltare tratamentul.

Tratamentul – care utilizează materiale plastice speciale numite spume poliuretanice bazate pe un polimer cu memoria formei (SMPs) – este rezultatul cercetărilor efectuate de profesorul asociat Duncan Maitland, din cadrul departamentului de inginerie biomedicală al universității.

Eficacitatea sa în vindecarea anevrismelor este prezentată detaliat în ediţia din mai a „Journal of Biomaterials Research” și este considerată o piatră de hotar în dezvoltarea în continuare a tratamentului, a precizat profesorul Maitland.

„Am demonstrat că spuma SMP este un dispozitiv biocompatibil de umplere a anevrismului implantând-o

iniţial într-un model de anevrism venos, iar rezultatele noastre patologice iniţiale au demonstrat fezabilitatea acestor materiale ca dispozitive de umplere a anevrismului, pentru aplicaţii clinice”, susţine Maitland, care lucrează cu o echipă de cercetători care îi include pe Fred Clubb, de la Texas A&M’s College of Veterinary Medicine and Biomedical Sciences, și Matthew Miller de la Texas A&M Institute for Preclinical Studies.

Materialele au fost inițial dezvoltate de Thomas Wilson, de la Lawrence Livermore National Laboratory.

Activitatea grupului de cercetare este finanţată de National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering, din cadrul National Institutes of Health.

Potrivit profesorului Maitland, constatarile grupului pe care-l conduce ar putea oferi, în final, medicilor o metodă mai eficientă și mai puțin riscantă pentru tratarea anevrismelor – dilatări ale vaselor de sânge asemenea unor baloane umflate, supraîntinzând pereții unor vase de sânge care se pot rupe și provoca daune neurologice, debilitante sau chiar fatale, mai ales în cazul în care se produc în apropierea creierului.

În Statele Unite, în fiecare an,

aproximativ 30.000 de persoane suferă leziuni neurologice sau mor din cauza ruperii unor anevrisme cerebrale.

De obicei, tratamentul anevrismului implică fie tăierea lui chirurgicală fie implantarea unei bobine de platină pentru a reduce presiunea asupra peretelui vasului sanguin, astfel încât vindecarea poate avea loc înainte de a se rupe anevrismul.

Aceste bobine, explică profesorul, pot fi eficiente, dar pot prezenta şi riscuri pentru pacient.

Pe lângă inflamarea cauzată, uneori, care poate inhiba vindecarea, aceste bobine, compactate în timp, pot provoca rupturi ulterioare sau reluarea rupturii iniţiale sau formarea de anevrisme adiacente anevrismului inițial, specifică profesorul Maitland.

Cercetătorii urmăresc să depășească limitările metodelor convenționale de tratament prin folosirea unei metode de umplere alternativă a anevrismului cu spumă SMP bazată pe poliuretan, în loc de bobine de platină.

Aceste spume au capacitatea de a fi transformate într-o formă primară și apoi transformate într-o altă formă, o dată cu o creştere a temperaturii, notează

O

20

IUNIE 2013

CH

IRU

RG

IE V

AS

CU

LA

RĂ

ABONAŢI-VĂ LA REVISTAVeţi putea afla, cu siguranţă, răspuns la întrebările dvs. şi nu veţi pierde nici o informaţie solicitată!

Decupaţi talonul din revistă, completaţi-l şi expediaţi-l, împreună

cu dovada achitării contravalorii abonamentului, pe adresa societăţii:

Str. Rucăr nr. 32,sector 1, Bucure;ti

Plata abonamentului se face în contul firmei MEDRO SRL deschis la Banca Transilvania, sucursala Chibrit RO29BTRL 0480 1202 G339 0801 sau prin mandat poştal în acelaşi cont. Taloanele care nu vor fi însoţite de dovada plăţii NU VOR FI LUATE ÎN CONSIDERARE.

TOATE CHELTUIELILE DE EXPEDIȚIEVOR FI SUPORTATE DE CÂTRE

Maitland.Capacitatea de a îşi schimba forma

face din aceste spume un material ideal pentru umplerea anevrismelor, susţine profesorul.

În sistemul lui Maitland, spuma SMP rămâne într-o formă temporar ondulată, astfel încât poate fi introdusă într-un vas de sânge și livrată, cu ajutorul unui microcateter, la locul anevrismului.

O dată ajunsă la locul anevrismului, spuma este declanșată, pentru a se extinde și a umple sacul anevrismului, de lumina laser provenită de la o fibră optică.

„Asemenea unui burete, spuma SMP permite sângelui să umple anevrismul, formând un cheag și promovând creşterea celulelor endoteliale, care acţionează pentru a vindeca anevrismul”, explică profesorul.

Ultima rundă a rezultatelor obţinute cu sistemul lui Maitland arată formarea rapidă a acestor celule endoteliale la deschiderea anevrismului, unde ele lucrează pentru a opri sângele să intre în anevrism.

„În termeni comuni, aceste celule importante astupă anevrismul şi prezenţa lor în aranjamentul şi locul corespunzător are semnificaţia răspunsului de vindecare dorit”, spune cercetătorul.

„Rezultatele testelor arată, de asemenea, că spumele SMP promovează o sănătate pe termen lung a zonelor de vas de sânge afectate de anevrism, reducând şansele de reformare a acestuia”, observă Maitland.

Ceea ce este demonstrat prin formarea unor tipuri de celule şi ţesut, care duc la o vindecare mai stabilă.

De exemplu, anevrismele tratate cu spume SMP arată o prezenţă sporită a

colagenului în loc de fibrină. „Colagenul, observă

cercetătorul, este un țesut mult mai stabil mecanic decât fibrina, care este un „plasture” pentru termen scurt și prezent din abundenţă în anevrismele tratate cu bobine de platină.”

Această constatare este promiţătoare, după Maitland, deoarece cu cât este mai stabilizat un anevrism, cu atât va fi mai mic riscul unei noi intervenţii – care apare, din păcate, în aproximativ 40 la sută din anevrismele tratate cu bobine.

În plus, pentru a demonstra promovarea unui răspuns agresiv de vindecare în anevrisme, spumele SMP dezvoltate de Maitland și echipa sa arată semne puternice de biocompatibilitate – capacitatea de a fi acceptate de organismul pacientului.

Conform rezultatelor testelor, spumele depășesc alte materiale aprobate de FDA pentru utilizare în vasele de sânge.

Profesorul Maitland atrage atenţia că aceasta înseamnă mai puțină inflamaţie în zonă, care poate inhiba procesul de vindecare.

De obicei, obiectele străine implantate în corp declanşează un răspuns inflamator de respingere, dar spumele SMP folosite de echipa condusă de profesorul Maitland arată inflamare minimă odată ce acestea sunt introduse în anevrism.

Studiile histologice care au comparat spumele SMP cu două tipuri de suturi aprobate de FDA, utilizate în mod obişnuit în intervenţiile chirurgicale vasculare,

speciale pentru anevrisme

arată că spumele depășesc ambele tipuri de suturi, ceea ce înseamnă că, în apropierea spumelor, sunt afişate mai puţine celule asociate cu inflamaţia.

„Nu numai că vom vedea o reacţie inflamatorie mai mică, dar se dovedeşte că spumele asigură promovarea unui răspuns mai agresiv de vindecare în cadrul anevrismului”, subliniază profesorul Maitland.

„Asistăm la vindecare parțială în circa 30 de zile şi vindecarea aproape completă în aproximativ 90 de zile.

Acesta este un nivel de vindecare fără precedent incluzând lipsa unui răspuns inflamator și promovarea colagenului și creşterii celulare care duce la vindecarea pe termen lung a anevrismului.”

(Sursa: Texas A&M University)

21

IUNIE 2013

AC

CE

NT

Senzorul cu nanofibre detectează diabetul sau cancerul pulmonar mai repede şi mai uşor

(Continuare din pagina 3)

Senzorii chimorezistivi de gaze pe bază de oxizi metalici oferă o mai mare uşurinţă în utilizare pentru senzori portabili de respiraţie în timp real.

Il-Doo Kim a spus: „Nanofibrele de oxid de metalic încărcate cu cataliţi, sintetizate prin electrospinning au

un mare potenţial pentru viitoare aplicaţii ale senzorilor de respiraţie. Din cercetările noastre, am obţinut rezultate conform cărora fibrele de SnO2 filmate cu Pt sunt capabile să identifice cu promptitudine şi acurateţe acetonă sau toluen chiar şi la o concentraţie foarte redusă, mai mică de 100 părţi pe miliard (ppb).”

Nivelul acetonei expirate de pacienţi cu diabet zaharat depăşeşte 1,8 părţi per milion (ppm), care este de două până şase ori mai mare decât cel (0.3-0.9 ppm) expirat de persoane sănătoase.

De aceea, o detectare extrem de sensibilă, care răspunde la acetonă sub 1 ppm, în prezenţa altor gaze exalate, precum şi sub atmosfera umedă de respiraţie umană, este importantă pentru un diagnostic precis al diabetului.

În plus, profesorul Kim a spus: „concentraţia unei urme de toluen (30 ppb) în aerul expirat este considerată a fi un simptom precoce distinctiv al cancerului pulmonar, pe care l-am putut detecta cu prototipul dispozitivului nostru de testare a respiraţiei.”

Echipa de cercetare are acum în curs de dezvoltare o serie de senzori de respiraţie folosind diferiţi catalizatori şi un număr de fibre semiconductoare de oxid metalic, care vor oferi uşor pacienţilor un diagnostic în timp real al bolilor.

(Sursa: Korea Advanced Institute of Science and

Technology)

După trei decenii de încercări, cercetătorii anunţă că au identificat un potenţial remediu pentru maladia provocată de prioni. Un tratament aplicat ca antialergic şi disponibil în farmacii încă din 1988.

Comunicarea a fost făcută de o echipă de cercetători de la Scripps Research Institute, Florida – autentic avanpost al ştiinţelor biomedicale de bază, descoperirii medicamentelor şi dezvoltării tehnologiilor – condusă de Corinne Lasmezas. Ei au demonstrat că antialergicul astemizol, îndelung utilizat în Franţa, poate reduce difuzarea acestor proteine foarte specifice.

Noutatea este cu atât mai incitantă cu cât nici un tratament nu s-a dovedit

eficient contra acestei forme patologice aflată la originea bolilor rare, între care insomniile fatale familiale sau varianta maladiei Creutzfeldt-Jakob legată de scandalul „vacii nebune”.

Pentru a izola acest tratament, cercetătorii au dezvoltat o metodă de „filtrare” a moleculelor cu debit înalt. „Aceasta ne-a permis să testăm, pe 1280 de medicamente luate la întâmplare, capacitatea lor de a reduce expresia proteinei prion la suprafaţa celulelor”, a precizat Corinne Lasmezas.

După primul studiu, au fost alese două medicamente. Dar numai astemizolul a permis prelungirea duratei de viaţă a şoarecilor infectaţi cu prion. „De la doar 6 zile, la o supravieţuire medie de 150

Un antialergic, eficient în combaterea maladiei Creutzfeldt-Jakob

22

de zile. Dar aceasta, probabil, pentru că noi am oprit tratamentul după o lună de administrare”, a specificat Laszmezas.

„Trebuie să îl testăm pe termen lung. Şi, dacă testele vor fi concludente, să-l evaluăm la pacienţi.” (C.S.)