Новая технология из Университета Стэнфорда позволяет сделать внутренние органы прозрачными
 
Команда исследователей Стенфордского университета разработала способ, который позволяет делать органы млекопитающих, например лабораторных мышей или человеческих тел, завещанных науке, прозрачными. После того, как они сделаны прозрачными, учёные могут вводить в них химические соединения, которые прикрепляются и подсвечивают определённые структуры – например, различные типы клеток. Результатом этого становится целостный орган, который учёные могут видеть изнутри и снаружи.

Поскольку такая визуализация очень перспективна для изучения органов, это уже не первая попытка, когда учёные пытаются сделать мозг прозрачным. Новая техника, названная CLARITY, лучше работает с химическими агентами и более быстра по сравнению с предшественницами.

Чтобы продемонстрировать её возможности, её разработчики из Стэнфорда сделали несколько снимков мышиного мозга:

Изображение мозга мыши, полученное с помощью технологии CLARITY

Часть гиппокампа мыши с различными типами нейронов, окрашенными в разные цвета
Или взгляните на это видео от «Nature», чтобы увидеть ещё больше снимков, плюс несколько моделей:

Изготовление этих снимков занимает восемь дней. Сперва в мозг мыши впрыскивается раствор гидрогеля. Затем мозг и гель помещаются в особый инкубатор. В нём гель присоединяется к различным составляющим мозга, за исключением липидов. Эти липиды прозрачны и окружают собой каждую клетку. Когда учёные извлекают этот неприсоединившийся жир, они получают в своё распоряжение ясное изображение всего остального мозга.

После этого исследователи могут добавить в него различные молекулы для окраски тех частей мозга, которые они хотят исследовать, и изучают их под световым микроскопом.

Новые светящиеся антибиотики помогают выявить бактериальные инфекции

Несмотря на достижения в области технологии и на все усилия, прилагаемые врачами, бактериям часто удается проникнуть в живые ткани на медицинских имплантатах, таких как костные винты, где они вызывают тяжёлые, даже угрожающие жизни, инфекции. Согласно новому исследованию, опубликованному в Nature Communications, предлагается использовать люминесцентные антибиотики для выявления такого рода инфекций, прежде чем они станут слишком опасными.

В качестве главного автора исследования  Марлен ван Остен (Marleen van Oosten) объяснила, что очень трудно отличить нормальные послеоперационные отёки от инфекции — единственный способ — биопсия, которая сама по себе является инвазивной процедурой. Микробиолог из Университета Гронингена в Нидерландах подчеркнула, что такая инфекция может стать огромной проблемой, так как последняя распространяется и развивается в течение многих лет, прежде чем окончательно обнаруживается. Для лучшей локализации бактерий в организме, ван Oosten и ее коллеги окрасили антибиотик ванкомицин флуоресцентным красителем, чтобы помочь определить поражённые ткани. Если бактерий нет, то ничего не происходит, но если это бактериальная инфекция, то препарат специфически связывается с пептидами клеточной мембраны бактерий, и,  из-за добавления флуоресцентного красителя, заставляет мембраны светиться. Тем самым по сути дела ванкомицин становится маркером инфекции.

Исследователи инфицировали мышей бактериями золотистого стафилококка, а затем дали им очень небольшую дозу антибиотика — достаточную, чтобы бактерии заметно светились, если рассматривать их флуоресценцию под микроскопом, но не достаточную, чтобы убить эти бактерии. А затем учёные имплантировали металлические пластины, покрытые флуоресцентным антибиотиком, в берцовую кость от трупа человека, на 8 миллиметров ниже кожи. Некоторые из пластин были покрыты эпидермальным стафилококком — бактерией, которая живёт на коже человека. При этом камерой, которая обнаруживает флуоресценцию, легко определялись светящиеся пластины с инфекцией.

Биоинженер Нирен Мёрти (Niren Murthy) из Калифорнийского университета, Беркли, являясь сторонником этого метода, считает, что подобный способ обнаружения бактериальных инфекций крайне необходим. Но он также указывает на возможную проблему – будет ли флуоресценция достаточно сильной для наблюдения при только зарождающемся очаге заражения в организме человека?

Ван Остен, как оптимистка, считает, что в ближайшем будущем эта технология будет легкодоступна для широкого круга людей.

Новая надежда для лысых
Новый метод дает надежду, но до панацеи ему далеко.
Готам Нэйк (Gautam Naik)

©  AFP 2013 Patrik Stollarz
Ученые изобрели способ выращивания новых человеческих волос, продолжая многолетние поиски медицинского средства от облысения.  Имеющиеся на сегодня методы неудовлетворительны, потому что они не стимулируют рост новых волос. Благодаря средствам от облысения можно замедлить потерю волосяных фолликул или стимулировать рост имеющихся волос, но новые волосяные луковицы благодаря им не появятся. Не возникнут они и в результате пересадки волос, когда луковицы пересаживают с одной части головы на другую.  В понедельник в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences были опубликованы результаты одного исследования авторы которого показали, что на человеческой коже возможно выращивать новые волосы.  «Мы пытаемся повторить то, что происходит в зародыше», когда спонтанно начинают расти новые волосы, говорит ведущий автор исследования профессор Колин Джахода (Colin Jahoda), занимающийся изучением стволовых клеток в Даремском университете в Англии.  Этому открытию далеко до создания желанного лекарства, помогающего остановить выпадение волос и процесс облысения. Но ученые дали новую надежду тем, кто страдает от появляющихся с возрастом залысин, а также от облысения в результате болезни, ранения или ожога.  Основу нового исследования составляют клетки дермального гребня. Это небольшая группа клеток, находящихся в нижней части фолликулы и дающих команду другим клеткам на создание волоса. Ученые сорок с лишним лет считали, что человеческие клетки дермального гребня можно размножать в лабораторной пробирке, а затем пересаживать их на кожу черепа, чтобы они создавали новые волосы.  Но никаких результатов они не добились. После пересадки таких клеток в кожный покров они быстро прекращали вести себя как клетки дермального гребня и становились похожи на клетки кожи. А волосы из них так и не вырастали.   В ходе последнего эксперимента исследователи нашли способ решения этой проблемы, изучая грызунов. Если волосяную луковицу грызуна пересадить ему на кожу, она сразу начинает формировать волос. Важным моментом, по словам профессора Джаходы, стало то, что в лабораторной пробирке клетки грызунов спонтанно объединяются и формируют трехмерные скопления. А человеческие клетки прилипают к дну тонким двухмерным слоем.  Профессор Джахода и его коллеги из Колумбийского университета Нью-Йорка решили, что им нужно превратить плоский слой человеческих клеток в трехмерные гроздья.  Ученые получили клетки дермального гребня от семи человеческих доноров и размножили их в лабораторных условиях. «А потом мы сделали очень простую вещь, — говорит профессор Джахода. — Мы капнули немного этой питательной среды, а потом перевернули ее вверх тормашками, что заставило клетки собраться в шар».  В каждой такой сфере содержалось скопление примерно из 3000 клеток. Эти сферы пересадили в ткань крайней плоти, полученную от новорожденных, которая до этого была пересажена на спину мышам. По соображениям безопасности этот метод надо было сначала проверить на животных. (Поскольку ткань крайней плоти обычно безволосая, она наилучшим образом подходит для проверки данного способа выращивания волос.)  Благодаря объемности питательной среды клетки частично восстановили свои свойства по выращиванию волос. Спустя шесть недель в пяти из семи трансплантатов появились новые волосяные луковицы, генетически похожие на луковицы доноров.  Но ученым надо гораздо глубже изучить данный процесс, прежде чем переходить к экспериментам на человеке.  Они пока не знают точно, как клетки дермального гребня будут взаимодействовать с клетками кожи. Им также надо понять механизмы управления, которые определяют различные свойства волос, такие как цвет, угол роста, расположение и текстура.  Тем не менее, результаты исследований дали новый подход к стимулированию роста волос. Ученые могут теперь выделить главные гены, регулирующие процесс роста, и попытаться воздействовать на них. Либо же, проанализировав действие клеточных сфер, они могут найти препараты, также влияющие на функционирование волосяных луковиц.

Ученые изобрели лазерный глюкометр

Для поддержания хорошего здоровья, людям с сахарным диабетом необходимо постоянно отслеживать уровень сахара в крови. В настоящее время это можно сделать с помощью портативных глюкометров. Однако использование этих проборов сопряжено с рядом неприятных моментов: необходимо прокалывать палец, чтобы взять образец крови, кроме того, надо постоянно покупать тест-полоски.

Группа исследователей из Германии разработала новый, неинвазивный способ измерения уровня сахара в крови. На поверхность кожи воздействуют инфракрасным лазерным излучением, и с его помощью измеряют уровень сахара. По словам ученых, это открывает фантастические возможности для больных сахарным диабетом – теперь не надо прокалывать палец и использовать тест-полоски.

 Измерение уровня сахара в крови стандартным глюкометром через несколько лет может уйти в прошлое. Немецкие ученые разрабатывают неинвазивное устройство для быстрого и безболезненного измерения

Новый неинвазивный глюкометр использует фотоакустическую спектроскопию для измерения глюкозы по уровню поглощения ею инфракрасного света. При попадании лазерного луча на кожу, молекулы глюкозы создают особый измеримый звук, который команда исследователей называет «сладкой мелодией глюкозы». Этот сигнал позволяет обнаружить сахар в крови за секунды.

Предыдущие попытки использовать фотоакустическую спектроскопию были затруднены искажениями при изменении давления воздуха, температуры и влажности, вызванными контактом с живой кожей. Чтобы избавиться от этих недостатков, команде разработчиков пришлось применить новые методы конструирования прибора.

Прибор все еще является экспериментальным, и прежде чем он поступит в продажу, его должны проверить и одобрить регулирующие органы. А тем временем исследователи продолжают совершенствовать устройство. Предполагается, что через три года глюкометр будет размером примерно с небольшую коробку из-под обуви, а еще позже появятся и портативные версии измерительного прибора.

Ученые изготовили мышцы для людей и биороботов

Ученые из Токийского университета создали полнофункциональные трехмерные скелетные мышцы, которые можно использовать в медицине и робототехнике.
Большинство экспериментов по выращиванию мышц ограничивались экспериментами с двумерными тканями, которые неспособны функционировать без плоской подложки. Японские ученые впервые изготовили отельную трехмерную мышцу, причем способную сокращаться. Кроме того, японцы не только смогли вырастить мышцу, но и «засеять» ее нервными стволовыми клетками, которые позволяют управлять сокращением мышц с помощью химической активации нейронов. Искусственно выращенная мышца обладает большой силой и тем же механизмом сокращения, что и натуральная. Благодаря использованию живых нервов, подобную искусственную мышцу можно трансплантировать и «подключить» к нервной системе человека.
Более того, новая искусственная мышца, по мнению разработчиков, может найти применение в робототехнике. Современные промышленные роботы могут делать невероятные вещи, но их системы управления по-прежнему остаются очень сложными. Роботы опираются на электрические сервоприводы, а системы обратной связи требуют очень точных оптических датчиков. Роботы с искусственными живыми мышцами могли бы упростить дизайн роботов, увеличить точность их движения при достаточно большой силе.

Нервные клетки, проросшие в искусственно выращенную мышцу

Исследователи попытались построить устройство, основанное на реальных нервах и мышцах и способные работать в бионических системах. Для его изготовления ученые использовали полимер (PDMS) нанесенный на стекло. Полимер выполнял роль каркаса, необходимого для правильного развития мышцы. Затем на полимер нанесли мышечные стволовые клетки и мышиные стволовые клетки (mNSCs), способные превращаться в нейроны и проращивать аксоны в мышцу. В процессе развития мышц (миогенеза) молодые клетки сливаются в длинные многоядерные волокна, так называемые мышечные трубочки. В результате получается пучок длинных мышечных волокон, способных сокращаться в одном направлении. Связь между мышечными волокнами и нейронами обеспечивается с помощью ацетилхолиновых рецепторов. Новую технологию выращивания полнофункциональных мышц можно применять в медицине и на производстве. Конечно, живая ткань не столь прочна и надежна, как сталь, но в некоторых приложениях «живые манипуляторы» или гибридные конструкции живая ткань/синтетика могут оказаться очень полезны.


http://gearmix.ru/archives/1453
http://gearmix.ru/archives/6077
http://inosmi.ru/world/20131023/214137908.html
http://rnd.cnews.ru/tech/news/line/index_science.shtml?2013/10/28/547542
http://rnd.cnews.ru/tech/robotics/news/line/index_science.shtml?2013/09/26/544315