DECEMBRIE 2013

DECEMBRIE 2013

12

Un biosenzor ar putea ajuta la detectarea leziunilor cerebrale în

timpul chirurgiei cardiace

DECEMBRIE 2013

O echipă de chirurgi de la spitalul universitar din Strasbourg a anunţat implantarea reuşită a unui laringe artificial. Premiera chirurgicală aduce speranţă celor 1.500 de francezi care sunt supuşi în fiecare an ablaţiei laringelui, pentru ei traheotomia fiind, până de curând, singura opţiune.

După operaţia de implantare, care a avut loc la jumătatea anului trecut, pacientul şi-a redobândit o voce şoptită, aerul reuşind să circule din nou la nivelul gâtului său şi să producă vibraţia ţesuturilor de la baza limbii şi ale vălului palatin.

Situat în spatele gâtului, laringele produce sunete vocale, reglând deglutiţia alimentelor şi trecerea aerului. Versiunea lui artificială este un tub de titan poros,

închis de două valve care se deschid pentru a lăsa să treacă aerul şi se închid când se produce i n g e s t i a alimentelor.

Porozitatea t i t a n u l u i şi buna lui t o l e r a n ţ ă în organism reprezintă originalitatea acestei proteze, care poate veni în ajutorul persoanelor afectate de cancer al laringelui. De curând, proteza a fost implantată cu succes altor trei persoane aflate în această situaţie. „Există deja

Primul laringe artificial

o nouă versiune cu o singură valvă curbată”, a specificat Christian Debry, iniţiatorul proiectului.

Echipa speră să amelioreze proce-dura chirurgicală, ca şi funcţia vocală crescând intensitatea sunetului în tubul de titan. (A.V.)

DECEMBRIE 2013

Cercetătorii de la Jonsson Compre-hensive Cancer Center (UCLA) au dez-voltat o nouă tehnică de luptă împotriva cancerului pancreatic mortal şi greu de tratat, care utilizează două tipuri diferi-te de nanoparticule, primul tip deschi-de calea către celulele tumorale pentru cel de-al doilea, care livrează propriu-zis medicamentele chimioterapice.

Echipa de cercetare, condusă de dr. Andre Nel, profesor de nanomedicină la UCLA şi membru al California Na-noSystems Institute de la UCLA, şi dr. Huan Meng, profesor asistent de nano-medicină la UCLA, a arătat că această nouă tehnică de livrare a chimioterapi-celor este eficientă în tratarea canceru-lui pancreatic într-un model de şoarece. Rezultatele studiului sunt prezentate într-o lucrare publicată în noiembrie în revista „ACS Nano”.

Adenocarcinomul ductal pancrea-tic, sau cancerul pancreatic, este o boa-lă mortală care este aproape imposibil de detectat până când ajunge în stadiu avansat. Opţiunile de tratament sunt li-mitate şi au rate de succes mici.

Conform cercetătorilor, necesitatea unui tratament inovator şi îmbunătăţit

al cancerului pancreatic este stringen-tă, deoarece diagnosticul cancerului pancreatic a fost de multe ori sinonim cu o condamnare la moarte.

Tumorile de tip adenocarcinom ductal pancreatic sunt alcătuite din ce-lule canceroase, înconjurate de alte ele-mente structurale numite stromă. Stro-ma poate fi constituită din mai multe substanţe, inclusiv din celulele ţesutu-lui conjunctiv şi din pericite, care blo-chează medicamentele chimioterapice standard în vasele sanguine tumorale împiedicându-le să ajungă în mod efi-cient la celulele canceroase şi reducând eficacitatea tratamentului.

Metoda nanoterapiei în două valuri, adoptată de Nel şi Meng foloseşte două tipuri diferite de nanoparticule injecta-te intravenos într-o succesiune rapidă. Primul val de nanoparticule transportă

o substanţă care elimină „porţile vas-culare ale pericitelor”, deschizând ac-cesul la celulele cancerului pancreatic. Al doilea val transportă medicamente chimioterapice care ucid celulele can-ceroase.

Nel şi Meng, împreună cu dr. Jeffrey Zink, profesor de chimie

Nanoparticule în două faze, pentru tratamentul cancerului pancreatic

IOANA OLTEANU

AC

CE

NT

Din sumar: DECEMBRIE 2013

Pag. 6

Scaunul cu rotile controlat cu limba surclasează sistemul clasic de navigaţie

Pag. 8

Salt înainte în tehnologia razelor X

Pag. 9

Cele două moduri de acţiune ale maladiei Parkinson

Pag. 10

Un biosenzor ar putea ajuta la detectarea leziunilor cerebrale în timpul chirurgiei cardiace

Pag. 12

Pastilele viitorului: nanoparticule

Crearea unor anticorpi sintetici

Pag. 16

Cercetări revoluţionare pentru nanoparticule cu auto-asamblare preprogramabilă

Pag. 20

A fost deblocat un nou mijloc de creştere a celulelor stem intestinale

Medicina sportivă: de la cunoaștere la inovație high-tech

Pag. 4

Cromozomul – modelat

Pag. 13

Pag. 5

3

continuare în pagina 22

DECEMBRIE 2013

Un articol publicat recent în revista „Advanced Materials” prezintă un stu-diu realizat la Institutul de Nanoştiinţe Integrative din Dresda de către o echi-pă de cercetători coordonaţi de prof. dr. Oliver Schmidt, pe o temă care preocu-pă lumea ştiinţifică medicală: transpor-tul ţintit al medicamentelor în punctul de interes din organism.

Asemenea microroboţi ar putea fi folosiţi, potrivit cercetătorilor germani, inclusiv pentru un nou tip de tratamen-te contra sterilităţii. În cadrul studiului lor, cercetătorii de la INI au creat primul microrobot biologic pus în mişcare cu ajutorul spermatozoizilor – un cyborg microscopic care va putea fi utilizat pentru transportul medicamentelor în corp sau în cadrul tratamentelor de in-fertilitate.

Ei au reuşit să „captureze” spermato-zoizi în interiorul unor nanotuburi me-talice şi să controleze mişcarea acestora

Până acum, cercetătorii nu reuşiseră să obţină o imagine a formei „adevărate” a unui cromozom. În sfârşit, bastonaşele înlănţuite, sunt vizibile pe un cariotip – fotografia cromozomilor unei celule – doar când celula se divide. Dar, în cea mai mare parte a timpului, cei câţiva centimetri de ADN conţinuţi în fiecare cromozom formează un fel de ghem în nucleul celulelor.

Takashi Nagano, cercetător în cadrul Babraham Institute, Cambridge,

Colegiul Ştiinţific:

Prof. Dr. Radu NEGOESCUDr. Ing. Ioan VOICUDr. Ing. Gheorghe SAJINProf. Dr. Ing. Sever PAȘCA

Prof. Dr. Corneliu MOLDOVANConf. Univ. Dr. Manole COJOCARU

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:Dan ANDREISiegfried CRISTOFORGeorgiana IUJA

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

ISSN 1583-3631

Editor

Închiderea ediţiei: 30 decembrie 2013

ZO

OM

Cromozomul – modelat

de la distanţă cu ajutorul unor magneţi. Nanotuburile magnetice de 50 microni lungime şi 5-8 microni diametru au fost cufundate într-un lichid care conţinea spermatozoizi de taur. „Cea mai mare provocare – spune prof. Oliver Sch-midt – a fost ajustarea dimensiunilor tuburilor, astfel încât să fie cu puţin mai largi decât diametrul capului sper-matozoizilor, dar, în acelaşi timp, să permită mişcarea cozii acestora.” Coa-da, care rămâne în exteriorul tubului de metal, asigură deplasarea biorobotului. Direcţia deplasării poate fi influenţată cu ajutorul diferitelor substanţe chimice sau al câmpului magnetic.

În opinia prof. Oliver Schmidt, „spermatozoizii sunt ideali pentru apli-caţii precum transportul de medicamen-te la ţintă sau cazul fertilizării asistate, deoarece sunt inofensivi pentru orga-nism şi nu necesită o sursă exterioară de energie.” (I.O.)

a reuşit să reconstituie forma exactă a cromozomilor individuali, ascunşi în nucleele diferitelor celule. Printr-o reacţie chimică, el a legat între ele regiuni ale unui cromozom aflate în mod natural în contact în interiorul „ghemului”.Apoi, a decupat ADN-ul şi a segmentat fragmentele obţinute.

Astfel, cunoscând regiunile în contact unele cu altele, el a dedus forma iniţială 3D a cromozomului.

A observat că un cromozom dat nu are exact aceeaşi formă în celule diferite. Dar există aici o constantă; regiunile ale căror gene sunt utilizate sunt întotdeauna situate la exteriorul „ghemului”.

Este o premieră: această modelare arată cu ce se aseamănă un cromozom într-o celulă. (A.B.)

Microroboţi… contra sterilităţii

4

DECEMBRIE 2013

teme de operare. Mai mult, ceasul Whi-things Pulse poate fi utilizat și în timpul somnului, când monitorizează activita-tea purtătorului.

Recuperare fizică „inteligentă”

Descoperirile cercetătorilor de la NASA pot fi utile nu numai astronauților,

ci și publicului larg. AlterG este o teh-nologie antigravitațională care spriji-nă procesul de recuperare fizică, prin accelerarea regenerării și vindecării țesuturilor. Tehnologia constă într-o bandă de alergare, pe care se poate rea-liza efort fizic, dar cu o greutate redusă a corpului. În timpul alergării, pacientul este introdus, de la mijloc în jos, într-o cameră hiperbară (cu presiune ridicată). Senzorii de pe banda de alergare măsoa-ră greutatea pacientului și o pot crește sau scădea, prin ajustarea presiunii ae-rului din camera hiperbară. Acesta este un beneficiu foarte important pentru pacienții care prezintă dureri, după di-verse tipuri de accidentări.

Conferința MEDICA MEDICINE + SPORTS a fost un prilej de prezentare și dezbatere a unor tehnologii inova-toare din medicina sportivă, în ceea ce privește prevenția, tratamentul și recu-perarea fizică post-efort sau post-trau-matică.

(Traducere şi adaptare după dr. med. Thomas KRON, Speciali-sed Article No. 7 - MEDICA 2013)

ME

DIC

A D

ÜS

SE

LD

OR

F

Sportul este o activitate plăcută, ne ferește de multe boli și poate prelungi viața. Fie că vorbim de hipertensiune ar-terială, diabet, hiperlipidemie, boli pul-monare, depresie sau recuperare după un accident vascular cerebral, sportul s-a dovedit a fi un medicament eficient, ieftin și la îndemâna tuturor. De cele mai multe ori instinctul ne spune cât

efort să depunem, pentru cât timp sau când să ne oprim. Dar instinctul poate fi înșelător, iar dacă dorim să ne depășim limitele, consecințele pot fi grave.

Întrebările „Câtă activitate fizică trebuie să depunem?” și „Cât de intensă trebuie să fie activitatea fizică?” relevă, de fapt, necesitatea monitorizării efortu-lui fizic, indiferent dacă acesta este rea-lizat de atleți profesioniști sau de oricare dintre noi.

În cadrul congresului international MEDICA, desfășurat în Germania, la Düsseldorf, în perioada 20-23 Noiem-brie 2013, la conferința MEDICA ME-DICINE + SPORTS, au fost prezentate dispozitive „inteligente” care monitori-zează și analizează efortul fizic.

Materiale textile „inteligente”

Acestea sunt practic articole vesti-mentare realizate din materiale speciale şi care au integrați diverși senzori, ce transmit date vitale către un smartpho-ne. Cu ajutorul unei aplicații, datele pot fi interpretate și analizate. Un tricou „inteligent” poate măsura activitatea

cardiacă (electrocardiograma – ECG) și activitatea respiratorie în timpul unui maraton, dar și comportamentul unei persoane în timpul somnului.

Chiar și ciorapii pot fi „inteligenţi”

Compania Heapsylon a prezentat sis-temul Sensoria, un ciorap „smart” și o

aplicație de smartphone dedicată. Acest sistem furnizează informații despre vi-teza alergării, numărul de calorii consu-mate și presiunea suportată de diferite zone ale piciorului. Pentru pacienții care suferă de polineuropatie, o boală în care pacientul nu simte durerea sau presiu-nea mecanică, ciorapii „inteligenți” pot contribui la evitarea unor complicații grave, cum ar fi ulcerațiile.

Ceasuri „inteligente”

De mai mulți ani, marile companii producătoare de articole sportive, au pus pe piață ceasuri care monitorizează pul-sul și distanța parcursă de o persoană. Dar ceasul Whithings Pulse, cu o greu-tate de doar 8 grame face mai mult: este pedometru, măsoară numărul de calorii consumate, detectează altitudinea la care se efectuează efortul fizic, măsoară pulsul, face distincție între mers și aler-gare și furnizează statistici referitoare la efortul depus. Prin intermediul unei aplicatii pentru iOS și Android, via Blu-etooth, ceasul se sincronizează cu orice smartphone care dispune de aceste sis-

Medicina sportivă: de la cunoaștere la inovație high-tech

5

DECEMBRIE 2013

Scaunul cu rotile controlat cu limba sur

SE

NZ

OR

I

indică poziţia limbii unui set de căşti, care apoi execută până la şase comenzi bazate pe poziţia limbii.

Tongue Drive System conţine o promisiune pentru pacienţii care şi-au pierdut utilizarea braţelor şi picioarelor, o afecţiune cunoscută sub numele tetra-plegie sau cvadriplegie.

„Este uşor de înţeles ce poate face sistemul Tongue Drive şi pentru ce este bun”, a declarat Maysam Ghovanloo,

profesor asociat la School of Electrical and Computer Engineering, de la Geor-gia Institute of Technology, unul din co-autorii studiului şi cercetător principal. „Acum, avem dovezi solide că persoane-le cu dizabilităţi pot beneficia potenţial de noua tehnică.” Studiul a fost publicat în noiembrie, în revista „Science Trans-lational Medicine”.

National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering şi National Science Foundation au finanţat cerceta-rea.

Cercetătorii de la Shepherd Center din Atlanta, de la Rehabilitation Institu-te of Chicago şi de la Northwestern Uni-versity Feinberg School of Medicine, din Chicago, au fost, de asemenea, implicaţi in studiu. Jeonghee Kim şi Hangue Park, care lucrează cu sistemul de acţi-onare cu limba, ca doctoranzi la Georgia Tech, sunt co-autori ai studiului.

„Tongue Drive System este o tehno-logie nouă care permite oamenilor cu dizabilităţi să obţină autonomie maximă la domiciliu şi în comunitate, permiţân-du-le să conducă un scaun cu rotile ali-mentat şi să-şi controleze mediul, într-

un mod lin şi mai intuitiv”, a declarat dr.med. Elliot Roth, şeful departamen-tului de medicină fizică şi reabilitare de la Feinberg şi director medical al unităţii de recuperare a pacientului de la Insti-tutul de Reabilitare din Chicago. „Po-sibilitatea de a utiliza această inovaţie high-tech pentru a îmbunătăţi calitatea vieţii persoanelor cu mobilitate limitată este foarte interesantă.”

Echipa de cercetare a avut de fina-lizat o serie de sarcini des utilizate în studiile clinice similare. Subiecţii din studiile întreprinse au fost fie apţi de muncă fie persoane cu tetraplegie.

„Până la sfârşitul studiilor, toată lumea a preferat Tongue Drive System faţă de tehnologia lor actuală de asis-tenţă”, a declarat Joy Bruce, director al Shepherd Center Spinal Cord Injury Lab şi co-autor al studiului. „Aceasta le permite să se angajeze în mediul lor într-un mod care nu este altfel posibil pentru ei.”

Cercetătorii au comparat modul în care subiecţii apţi de muncă au fost ca-pabili să execute comenzi, fie cu Tongue

ALINA VÂLCEA

6

După un accident petrecut, în 2009, la scufundare, Jason DiSanto a rămas paralizat de la gât în jos şi a trebuit să înveţe cum să se deplaseze în viaţa de fiecare zi cu un scaun cu rotile cu ali-mentare, pe care îl controlează cu un sis-tem SIP (sip-and-puff). Utilizatorii SIP aspiră aer şi-l suflă într-un pai montat pe scaunul lor cu rotile, pentru a executa patru comenzi de bază care conduc sca-unul.

Dar rezultatele noii oferte a unui studiu clinic dau speranţe utilizatorilor de sisteme sip-and-puff, cum este şi Di-Santo, că ar putea obţine un nivel mai ridicat de independenţă decât cel oferit de tehnologia comună de asistenţă a pa-cienţilor paraplegici.

În cadrul studiului, persoanele cu paralizie au fost capabile să utilizeze o tehnologie controlată cu limba, pentru a accesa computerele şi a executa comenzi pentru scaunele lor cu rotile, la viteze care au fost semnificativ mai rapide de-cât cele înregistrate de scaunele cu rotile SIP, dar cu precizie egală.

Acest studiu este primul care arată că Tongue Drive System, unitate fără fir şi uşor de purtat, surclasează controlul scaunelor cu rotile controlate sip-and-puff. SIP-and-puff este cea mai populară tehnologie de asistenţă pentru controlul scaunului cu rotile.

Tongue Drive System este controlat de poziţia limbii utilizatorului. O in-serţie magnetică îi permite acestuia să folosească limba proprie ca pe un joys-tick pentru a conduce scaunul cu rotile. Senzorii plasaţi în limba utilizatorului

DECEMBRIE 2013

clasează sistemul clasic de navigațieDrive System fie cu o tastatură şi un mo-use. De exemplu, pentru a face ţinta să apară pe ecranul computerului, subiecţii au dat „clic” pe ţintă.

Cercetătorii sunt capabili să calcule-ze cât de multe informaţii sunt transfe-rate de la creierul unei persoane la cal-culator, în timp ce efectuează o sarcină „point-and-click” (arată şi dă clic). Pe parcursul studiului, diferenţa de perfor-manţă dintre sistemul tastatură + mouse

şi Tongue Drive System s-a redus. Pentru prima dată, echipa de cerce-

tare a arătat că persoanele cu tetraplegie pot manevra mai bine un scaun cu rotile cu Tongue Drive System decât cu siste-mul sip-and-puff.

În medie, performanţa a 11 subiecţi cu tetraplegie, utilizând sistemul de acţi-onare Tongue Drive System a fost de trei ori mai rapidă decât performanţele lor cu sistemul sip-and-puff, dar cu acelaşi nivel de precizie, chiar dacă mai mult de jumătate dintre pacienţi au avut ani de experienţă de zi cu zi cu tehnologie sip-and-puff. „Aceasta a fost o constatare foarte incitantă”, a observat Ghovanloo. „Ea atestă cât de rapid şi precis pacien-

tul îşi poate muta limba.” Ideea de a plasa magnetul pe limbă a

fost inspirată dr.med. Anne Laumann, profesor de dermatologie la Feinberg şi cercetător principal al studiului Nort-hwestern. Ea a citit despre un stadiu in-cipient al Tongue Drive System, folosind un magnet lipit pe limbă. Problema a fost că magnetul a căzut, după câteva ore, şi aspiraţia magnetului liber reprezenta un pericol real pentru aceşti utilizatori.

„Piercing-ul limbii propus pentru uz medical – cine ar fi crezut? Este nece-sar şi util!”, a susţinut Laumann. Ex-perimentele s-au repetat timp de cinci săptămâni pentru grupul de testare apt de muncă şi mai mult de şase săptămâni pentru grupul tetraplegic. Toţi subiecţii cu tetraplegie au fost capabili să fina-lizeze studiul, pe care Ghovanloo l-a numit „incitant” şi „constatare majoră.”

Grupul tetraplegic a folosit Tongue Drive System, doar o zi în fiecare săptă-mână, dar îmbunătăţirea performanţelor acestora a fost dramatică. „Am văzut o îmbunătăţire uriaşă, foarte semnificati-vă în performanţa lor de la o sesiune la următoarea”, a specificat Ghovanloo. „Acesta este un indicator pentru cât de repede pot oamenii să înveţe utilizarea noului sistem.”

Până în prezent, experimentele cu sistemul Tongue Drive s-au făcut în laborator sau spital. În studii viitoare, cercetătorii vor testa modul în care se utilizează Tongue Drive în afara mediu-lui clinic controlat. Echipa de cercetare speră să testeze modul în care mane-vrează pacienţii sistemul Tongue Drive

în casele lor şi în alte medii. Sistemul de acţionare cu limba nu

este destul de pregătit pentru comer-cializare, dar compania de lansare pe piaţă a lui Ghovanloo, Bionic Sciences, lucrează cu Georgia Tech pentru a face tehnologia să progreseze.

Ghovanloo este directorul GT-Bi-onics Laboratory, unde echipa sa expe-rimentează şi cu alte dispozitive pentru a îmbunătăţi calitatea vieţii persoanelor

cu handicap. „Toate proiectele mele ţintesc ajuta-

rea persoanelor cu handicap, folosind cele mai noi şi înalte tehnologii”, spune Ghovanloo. „Este scopul meu în viaţa profesională.”

DiSanto speră că într-o zi el va putea folosi un scaun cu rotile dirijat cu limba, în afara spitalului, ceea ce l-ar ajuta să câştige ceva din independenţa pierdută după accidentul întâmplat la scufundare. „Tongue Drive System va creşte foarte mult calitatea vieţii mele când voi putea începe să-l utilizez oriunde mă duc”, a spus DiSanto.

„Cu sistemul sip-and-puff, exista în-totdeauna un pai în faţa mea. Cu Tongue Drive, oamenii te pot vedea pe tine, nu numai echipamentul de adaptare.”

Această cercetare este susţinută de National Institute of Biomedical Ima-ging and Bioengineering, cu premiul 1RC1EB010915, şi de National Science Foundation, cu premiile cbet-0828882 şi IIS-0803184.

(Sursa: Georgia Institute of Technology)

SE

NZ

OR

I

7

DECEMBRIE 2013

Un nou sistem imagistic ar putea ofe-ri imagini detaliate – chiar de ţesut moa-le – de la un dispozitiv uşor, portabil.

Razele X au transformat medicina cu un secol în urmă, oferind un mod ne-invaziv de a detecta structurile interne din organism. Cu toate acestea, ele au limite: razele X nu pot oferi imagini ale ţesuturilor moi ale corpului, cu excepţia cazului utilizării de agenţi de contrast care trebuie să fie înghiţiţi sau injectaţi, iar rezoluţia lor este limitată.

Dar sistemul – bazat pe o nouă abor-dare – dezvoltat de cercetătorii de la

MIT şi Massachusetts General Hospital (MGH) ar putea schimba dramatic situ-aţia, oferind imaginile cele mai detaliate obţinute vreodată – inclusiv vederi clare ale ţesuturilor moi, fără a necesita utili-zarea vreunor substanţe de contrast.

Lucrarea a fost prezentată de cerce-tătorul postdoc Shuo Cheng, de la MIT, la al 13-lea workshop internaţional Mi-

cro and Nanotechnology for Power Ge-neration and Energy Conversion Appli-cations (PowerMEMS 2013), care a avut loc între 3-6 decembrie la Londra.

Noua tehnologie „ar putea face ra-diografiile ubicue, datorită rezoluţiei sale mai mari, dozei mai mici de radi-aţii şi hardware-ului mai mic, mai ief-tin, şi mai capabil decât la realizarea radiografiilor curente”, a spus Luis Velásquez-Garcia, coordonator al cer-cetării la Microsystems Technology La-boratories MIT, şi al lucrării prezentate la recenta ediţie a PowerMEMS.

Velásquez-García spune că, în timp

ce sistemele convenţionale cu raze X arată puţin sau deloc structura majorită-ţii ţesuturilor moi – inclusiv a sistemelor de organe majore ale corpului –, noul sistem le vizualizează în detaliu.

Un test efectuat de echipă cu un ochi de la un cadavru, utilizând razele X de la un accelerator de particule, arată clar „toate structurile, lentila şi corneea”, precizează el.

„Suntem încrezători: sistemul nostru va fi capabil să obţină o astfel de rezo-luţie, cu un dispozitiv mult mai simplu şi mai ieftin.” Cheia este producerea unor fascicule de raze X coerente, de la o serie de surse punctiforme de dimen-siuni micronice, în loc de o răspândire de la un singur punct mare, ca în siste-mele convenţionale, explică Velásquez-García.

Abordarea echipei include dezvolta-rea unui hardware, care este o aplicaţie inovatoare a proceselor de microfabrica-ţie de masă utilizat pentru a face micro-

cipuri pentru calculatoare şi dispozitive electronice.

Folosind aceste metode – alternând între depunerea straturilor de material şi corodarea selectivă a materialului –, cer-cetătorii de la MIT au produs o suprafa-ţă nanostructurată cu o serie de vârfuri mici, fiecare putând emite un fascicul de electroni. Acesta, la rândul său, tre-ce printr-o placă cu microstructură, care emite un fascicul de raze X.

Folosind prima versiune a catodului, echipa a fost capabilă să capteze imagini de absorbţie de înaltă rezoluţie ale pro-bei, în care structurile fine ale ţesutu-

lui moale sunt vizibile clar. „Rezultatul este foarte incitant”, spune Velásquez-García. „Suntem abia la început, dar suntem încrezători că ne aflăm pe drumul cel bun.”

Fasciculul coerent de raze X obţinut prin optimizarea cipului catodului ar fi echivalentă cu ceva care poate fi produs în prezent numai de sisteme „incredi-bil de scumpe” la acceleratoare lineare de particule, precizează Velásquez-García.

Dar aceste facilităţi au demonstrat puterea de diagnosticare a imaginilor pe care le poate produce noul sistem – de exemplu, dezvăluie în mod clar prezenţa unei tumori canceroase, arătând detalii-le vaselor ei.

În mod similar, imaginea unui ge-nunchi dezvăluie toate ligamentele, ata-şamentele musculare şi detaliile fine ale structurilor osoase, care nu pot fi văzute toate pe radiografiile convenţionale.

„Nu poţi avea un accelerator liniar

CRISTINA SORESCU

Salt înainte în tehnologia IM

AG

IST

ICĂ

ME

DIC

AL

Ă

8

DECEMBRIE 2013

IMA

GIS

TIC

Ă M

ED

ICA

LĂ

9

în fiecare spital”, spune Velásquez-García. „Dar noul sistem ar putea îm-bunătăţi potenţial cu un factor de 100 rezoluţia imaginilor obţinute cu raze X, cu un hardware, al cărui cost este aproape neglijabil”, spune el.

„Chiar şi atunci când ţesutul moale poate fi vizualizat în mod convenţional prin adăugarea de agenţi de contrast, cum ar fi bariul, utilizarea acestor agenţi necesită timp suplimentar, în plus, ei pot prezenta riscuri”, observă cercetătorul.

Şi pentru că noul sistem este electro-nic – sistemele termionice de astăzi au nevoie de timp ca să se încălzească – el poate fi pornit şi oprit mult mai rapid, ceea ce presupune o doză mult mai mică de radiaţii pentru pacient, accentuează Velásquez-García.

El mai spune că tehnologia ar putea avea aplicaţii şi dincolo de domeniul medical. De exemplu, razele X sunt fo-losite pentru a verifica existenţa unor defecte ale materialelor compozite; por-tabilitatea noului sistem ar putea permi-te o utilizare mai largă a acestor măsuri

de siguranţă. Noul sistem ar putea fi util şi la sca-

narea bagajelor în aeroporturi, caz în care capacitatea sa de a distinge între lichide ar putea face mult mai uşoară, pentru agenţii de la vamă, diferenţie-rea între o sticlă de şampon inofensiv şi un container cu material exploziv sau o substanţă chimică periculoasă.

Dispozitivul de testare construit de echipa care a lucrat cu Rajiv Gupta de la MGH, este plasat într-un cub de metal cu latura de 20 cm, aproximativ de mă-rimea unei cutii de pantofi.

Echipa intenţionează să lucreze doi-trei ani la rafinarea şi îmbunătăţirea pro-iectării, astfel încât, potrivit opiniei lui Velásquez-García, în câţiva ani să poată fi disponibile versiuni comerciale.

Christopher Holland, cercetător principal la Micro Science Engineering Laboratories, din Menlo Park, Califor-nia, care nu a fost implicat în această lucrare, apreciază: „Abordarea urmări-tă de autorii acestui articol şi alţii din echipa MIT este nouă şi are potenţial semnificativ pentru imagistica ţesuturi-lor moi, folosind raze X.” El avertizează: „Demonstraţia prezentată în această lu-crare este doar o demonstraţie de labo-

rator şi dispozitivul nu este încă porta-bil”, dar spune că este „o piatră de hotar pe această cale.”

Studiul, în care au mai fost implicaţi cercetătorul postdoc Frances Hill şi masterandul Eric Heubel, de la MIT, a fost finanţat de către Defense Advanced Research Projects Agency.

(Sursa: Massachusetts In-stitute of Technology)

razelor X

Există două forme ale maladiei Parkinson, care se manifestă prin simptome foarte diverse. Prima dintre acestea, prezentă în circa 60% din cazuri, este însoţită de tremurături incontrolabile, în cealaltă simptomele sunt mai difuze, de exemplu, tulburări de comportament.

Potrivit unei echipe de cercetători de la CNRS, condusă de Ronald Melki, care a conlucrat cu cei de la Université Claude-Bernard, din Lyon, această diversitate de simptome provine de la diferenţele din structura agenţilor infecţioşi care provoacă maladia.

Boala Parkinson este din ce în ce mai serios considerată ca fiind o maladie infecţioasă, al cărei mecanism de contaminare în interiorul creierului este apropiat de cel al maladiei „vacii

nebune”, bazat pe o proteină anormală care face oficiul de agent infecţios. În cazul maladiei Parkinson, această proteină, numită alfa-sinucleină, formează agregate în interiorul neuronilor şi sfârşeşte prin a-i ucide. De fiecare dată când moare o celulă, ea eliberează agregate care vor contamina celulele vecine, şi aşa mai departe.

Cercetătorii au descoperit că există două forme distincte ale proteinei alfa-sinucleină, cu proprietăţi infecţioase

Cele două moduri de acțiune ale maladiei Parkinson

diferite. Şi una dintre cele două forme pare a fi mult mai toxică decât cealaltă, ceea ce explică de ce anumiţi pacienţi sunt afectaţi de tremurături foarte puternice încă de la debutul bolii. (I.O.)

DECEMBRIE 201310

S.O

.S.

CR

EIE

RU

L Un biosenzor ar putea ajuta la detectarea RMN.

Lezarea este cel mai adesea cauzată de accidente vasculare cerebrale, care pot fi declanşate şi să se agraveze da-torită mai multor evenimente survenite în timpul intervenţiei chirurgicale şi al recuperării, când creierul este cel mai sensibil la lezare. Aceste leziuni cere-brale pot duce la deficienţe în dezvol-tarea mentală şi abilităţile motorii ale

copilului, precum şi la hiperactivitate şi întârzierea vorbirii.

Pentru a aborda aceste probleme, Al-len Everett a apelat la un inginer pentru a proiecta un biosenzor care să răspun-dă la proteina acidică fibrilară glială (GFAP), care este un biomarker legat de leziuni cerebrale.

„Dacă vom putea fi alertaţi când are loc lezarea, ar trebui să fim capabili să dezvoltăm tratamente mai bune”, a spus el. „Am putea îmbunătăţi controlul tensiunii arteriale sau reproiecta dispo-zitivele de by-pass cardiorespirator pe care le folosim. Am putea învăţa cum să optimizăm procedurile de răcire şi reîn-călzire şi să avem un punct de referin-ţă pentru dezvoltarea şi testarea de noi medicamente de protecţie.”

Everett a mai spus că, în prezent, medicii trebuie să aştepte mai mulţi ani pentru ca unele simptome legate de lezi-unile cerebrale să apară. Cercetătorii nu află cât mai curând dacă noile proceduri sau tratamente aplicate pentru reducerea leziunilor cerebrale sunt eficiente. Noul

de hipertensiunea pulmonară şi lezarea creierului.

Întrucât leziuni ale creierului pot apărea în timpul intervenţiilor chirurgi-cale pe cord şi la adulţi şi la copii, Eve-rett a propus ca biosenzorul să funcţio-neze la pacienţi de toate vârstele.

El este însă în mod special îngrijorat de leziunile intervenite în sala de opera-ţie la copii, ale căror creiere sunt încă în

curs de dezvoltare. „Mulţi dintre pacien-ţii noştri tineri au nevoie de una sau mai multe operaţii pe cord, pentru a corecta defecte cardiace congenitale, şi prima dintre aceste proceduri apare adesea la naştere”, a specificat Everett.

„Noi îngrijim aceşti copii până la maturitate şi am constatat că toţi au avut probleme de neurodezvoltare care apar ca urmare a intervenţiei chirur-gicale suportate şi a îngrijirii lor post-operatorii.

Aceştia sunt copii foarte bolnavi şi am obţinut o reuşită remarcabilă îmbu-nătăţind supravieţuirea globală după intervenţii chirurgicale cardiace conge-nitale, dar mai avem mult de lucru pen-tru a îmbunătăţi rezultatele pe termen lung ale pacienţilor noştri. Aceasta este cea mai mare provocare pentru noi în secolul 21.”

El a menţionat studii recente care au descoperit că, după o intervenţie chirur-gicală cardiacă, aproximativ 40 la sută dintre pacienţii sugari vor avea anoma-lii ale creierului care apar la scanarea

Ingineri de la Johns Hopkins şi ex-perţi în cardiologie şi-au unit forţele pentru a dezvolta un biosenzor – de di-mensiunile unei unghii – care i-ar putea alerta pe medici atunci când se produce o lezare gravă a creierului în timpul in-tervenţiei chirurgicale cardiace.

Făcând aceasta, dispozitivul i-ar putea ajuta pe medici să elaboreze noi modalităţi de a minimiza leziunile cre-

ierului sau de a începe mai rapid un tra-tament.

În numărul din noiembrie al revistei „Chemical Science”, echipa a raportat teste de laborator care demonstrează că prototipul senzorului a detectat cu suc-ces o proteină asociată cu leziuni cere-brale.

„În mod ideal, testarea se va efec-tua în timp ce are loc operaţia, prin plasarea unei picături din sângele paci-entului pe senzor, care ar putea activa un semnal sonor, luminos sau un afişaj numeric, dacă proteina este prezentă”, a precizat coordonatorul studiului, How-ard E. Katz, de la Whiting School of Engineering, expert în tranzistori or-ganici cu film subţire, care stau la baza biosenzorului.

Proiectul a demarat în urmă cu apro-ximativ doi ani, când Howard Katz, care conduce departamentul de ştiinţa şi ingineria materialelor, a fost contac-tat de către Allen D. Everett, cardiolog pediatru de la Johns Hopkins Children’s Center, care studiază biomarkerii legaţi

DECEMBRIE 2013

de sensibil”, a subliniat Katz. „Este re-cunoscută GFAP chiar şi atunci când există multe alte molecule de proteine în apropiere. Aşa încât am fost în măsură să determinăm că acesta este detecto-rul de proteine cel mai sensibil bazat pe tranzistori organici cu film subţire.”

Prin intermediul Johns Hopkins Technology Transfer Office, membrii echipei au depus cerere de brevet pentru

noul biosenzor. Potrivit lui Howard Katz, echipa sa

este în căutare de colaboratori din in-dustrie pentru a desfăşura activităţi de cercetare şi dezvoltare în continuare a dispozitivului, care nu a fost încă testat pe pacienţi umani.

Dar, cu un nivel susţinut de efort şi de sprijin financiar, Katz crede că dispo-zitivul ar putea fi pus în utilizare clinică în următorii cinci ani.

„Am satisfacţie personală extraordi-nară lucrând la un proiect medical ma-jor care i-ar putea ajuta pe pacienţi”, a spus el.

Everett, cardiologul pediatru, consi-deră că biosenzorul ar putea fi utilizat, într-un final, în afara sălii de operaţie, pentru a detecta rapid leziuni cerebrale în rândul sportivilor şi victimelor acci-dentelor. „Acesta ar putea evolua într-un dispozitiv pentru punctul-de-îngri-jire sau punctul-de-urgenţă”, a spus el. „Ar putea fi, de asemenea, foarte util în departamentele de urgenţă din spital, pentru a scana pacienţii pentru leziuni

cerebrale.”Principalul autor al articolului din

„Chemical Science” a fost Weiguo Huang, cercetător post-doctoral în labo-ratorul lui Katz.

Împreună cu Everett şi Katz, co-autori ai studiului au fost Kalpana Be-

sar, Rachel LeCover, Pratima Dullo-or, Jasmine Sinha, Josue Martinez F. Hardigree, Christian Pick, Julia Swavola, Joelle Frechette şi Michael Bevan, toţi de la Whiting School of En-gineering şi School of Medicine.

(Sursa: Johns Hopkins University)

ANA BARBU

11

dispozitiv poate schimba această situa-ţie.

„Platforma senzorului este foar-te rapidă”, a declarat Everett. „El este, practic, instantaneu.” Pentru a crea acest senzor, specialistul în ştiinţa mate-rialelor Howard Katz a apelat la proiec-tarea unui tranzistor organic cu peliculă subţire.

În ultimii ani, senzorii construiţi pe

aceste platforme au arătat că pot detecta gaze şi produse chimice asociate cu ex-plozibili.

Aceşti tranzistori au fost o alege-re oportună pentru cerinţa lui Everett, datorită costului lor potenţial redus, consumului redus de energie, biocom-patibilităţii şi capacităţii lor de a detecta o varietate de biomolecule în timp real. În plus, arhitectura acestor tranzistori ar putea găzdui o mare varietate de alte materiale electronice utile.

Zona de detectare este un mic pătrat, de 1 cm până la 2.5 cm, pe fiecare latu-ră. Pe suprafaţa senzorului este un strat de anticorpi care atrag GFAP, proteina ţintă.

Când se întâmplă acest lucru, se schimbă fizic alte straturi de material din interiorul senzorului, modificând cantitatea de curent electric care tre-ce prin dispozitiv. Aceste modificări electrice pot fi monitorizate, permiţând utilizatorului să ştie când este prezentă GFAP.

„Acest senzor s-a dovedit a fi extrem

S.O

.S. C

RE

IER

UL

leziunilor cerebrale în timpul chirurgiei cardiace

DECEMBRIE 2013

NA

NO

TE

HN

OL

OG

II Pastilele viitorului:

12

CRISTINA SORESCUCercetătorii au proiectat nanoparti-

cule pentru transportul medicamentelor care pot fi luate pe cale orală. Medica-mentele livrate de nanoparticule repre-zintă o promisiune pentru tratamentele care ţintesc mai multe boli, inclusiv cancerul. Totuşi, particulele trebuie să fie injectate în pacienţi, ceea ce a limitat utilizarea lor până acum.

Acum, cercetătorii de la MIT şi Bri-gham and Women’s Hospital (BWH) au

dezvoltat un nou tip de nanoparticule, care pot fi livrate pe cale orală şi absor-bite prin tractul digestiv, care să permită pacienţilor să ia pur şi simplu o pastilă în loc să primească injecţii.

Într-o lucrare apărută în noiembrie în revista „Science Translational Me-dicine”, cercetătorii au folosit particule care au demonstrat livrarea orală a in-sulinei la şoareci, dar ei spun că parti-culele pot fi folosite pentru a transporta orice tip de medicament care poate fi încapsulat într-o nanoparticulă.

Noile nanoparticule sunt acoperite cu anticorpi care acţionează ca o che-ie pentru a debloca receptorii găsiţi pe suprafaţa celulelor care căptuşesc in-testinul, permiţând nanoparticulelor să străbată prin pereţii intestinali şi să intre în fluxul sanguin. Acest tip de livrare a medicamentelor ar putea fi util în spe-cial în dezvoltarea unor noi tratamente pentru condiţii precum colesterolul ridi-cat sau artrita.

Pacienţii cu aceste boli ar fi mult mai mulţumiţi să ia pastile în mod regu-lat decât să facă vizite frecvente la cabi-netul unui medic pentru a primi injecţii cu nanoparticule, spun cercetătorii.

„Dacă ai fi pacient şi ai avea de

ales, nu e nici o îndoială: Pacienţii ar prefera întotdeauna medicamente pe care să le poată lua pe cale orală”, spu-ne Robert Langer, profesor la David H. Koch Institute de la MIT, membru al Koch Institute for Integrative Cancer Research, şi autor al lucrării publicate în „Science Translational Medicine”.

Autori ai lucrării sunt masterandul Eric Pridgen, de la MIT, postdoc BWH Frank Alexis, şi coordonatorul studiu-

lui Omid Farokhzad, director al La-boratorului de nanomedicină şi bioma-teriale al BWH. Alţi autori ai studiului sunt Timothy Kuo, gastroenterolog la BWH, Etgar Levy-Nissenbaum, cerce-tător postdoc la BWH, Rohit Karnik, profesor asociat de inginerie mecanică la MIT, şi Richard Blumberg, director al Biomedical Research Institute de la BWH.

Fără injecţii

Mai multe tipuri de nanoparticule care transportă medicamente chimiote-rapice sau ARN interferent scurt, care poate dezactiva genele selectate, sunt acum în studii clinice pentru tratarea cancerului şi a altor boli.

Aceste particule exploatează faptul că tumorile şi alte ţesuturi bolnave sunt înconjurate de vase de sânge permea-bile. După ce particulele sunt injectate intravenos în pacienţi, ele se infiltrează prin aceste vase neetanşe şi îşi eliberea-ză sarcina utilă la locul tumorii.

Pentru a putea fi luate pe cale orală, nanoparticulele trebuie să fie capabile să străbată prin mucoasa intestinală, realizată dintr-un strat de celule epiteli-

ale, care se unesc pentru a forma bariere impenetrabile numite joncţiuni strânse.

„Provocarea cheie este modul de a face o nanoparticulă care să treacă prin această barieră de celule. Ori de câte ori celulele doresc să formeze o barieră, ele fac aceste ataşamente de la celulă la celulă, analoage cu un zid de cărămidă, în care cărămizile sunt celu-lele şi mortarul ataşamentele, şi nimic

nu poate pătrunde acest zid”, explică Farokhzad.

Cercetătorii au încercat anterior să pătrundă prin acest zid perturbând tem-porar joncţiunile strânse, permiţând ast-fel trecerea medicamentelor. Abordarea poate avea, însă, efecte secundare ne-dorite, pentru că, atunci când barierele sunt rupte, pot trece prin ele şi bacterii dăunătoare.

Pentru a construi nanoparticule care pot străbate selectiv prin barieră, cerce-tătorii au profitat de studiile anterioare, care au dezvăluit modul în care copiii absorb anticorpi din laptele mamei, sti-mulând apărarea lor imunitară. Aceşti anticorpi se ataşează pe un receptor de la suprafaţa celulară numit FcRn, care le permite accesul prin celulele mucoasei intestinale în vasele de sânge adiacente.

Cercetătorii au acoperit nanopar-ticule lor cu proteinele Fc – acea parte din anticorp care se leagă la receptorul FcRN, care se găseşte, de asemenea, în celulele intestinale adulte.

Nanoparticulele, realizate dintr-un polimer biocompatibil numit PLA-PEG, pot transporta în miezul lor o sarcină utilă mare de medicamente, cum ar fi insulina. După ce particulele sunt inge-

DECEMBRIE 2013

nanoparticuleN

AN

OT

EH

NO

LO

GII

Crearea unor anticorpi sintetici

SORINA RADU

Polimerii sintetici pentru acoperi-rea suprafeţei nanoparticulelor pot recunoaşte molecule specifice, la fel ca un anticorp. Inginerii chimişti de la MIT au dezvoltat un mod nou de a genera nanoparticule, care pot recunoaşte molecule specifice, deschizând calea spre o nouă abordare pentru construirea de senzori durabili pentru mulţi compuşi diferiţi.

Pentru a crea aceşti „anticorpi sintetici”, cercetătorii au folosit nanotuburi de carbon – cilindri goi, de grosime nanometrică realizaţi din carbon – , care sunt în mod natural fluorescenţi când sunt expuşi la lumină laser.

În trecut, cercetătorii au exploatat acest fenomen pentru a crea senzori prin acoperirea nanotuburilor cu molecule, precum anticorpii naturali, care se leagă de o anumită ţintă. Când ţinta este întâlnită, fluorescenţa nanotuburilor de carbon se luminează sau se stinge.

Echipa de la MIT a constatat că s-ar putea crea noi senzori prin acoperirea nanotuburilor cu polimeri amfifilici concepuţi special – polimeri care sunt atraşi atât de petrol cât şi de apă, cum ar fi săpunul.

Această abordare oferă o gamă foarte mare de locuri de recunoaştere specifice pentru obiective diferite, şi ar putea fi folosiţi la crearea unor senzori pentru monitorizarea unor boli precum cancerul, inflamaţia sau diabetul în sistemele vii.

„Această nouă tehnică ne oferă o capacitate fără precedent de a recunoaşte orice moleculă ţintă prin screening-ul complexelor nanotub-polimer pentru a crea analogi sintetici ai funcţiei de anticorpi”, spune

13

rate, proteinele Fc de agaţă de FcRn în mucoasa intestina-lă şi obţin accesul, aducând cu ele în-treaga nanoparticu-lă împreună cu ele.

„Astfel, este ilustrat conceptul foarte general că putem folosi aceş-ti receptori pentru traficul nanopar-ticulelor care ar putea conţine, practic, orice. Orice mo-leculă care are dificultăţi în trecerea barierei ar putea fi încărcată în nano-particule şi trecută peste ea”, precizea-ză Karnik.

„Descoperirea cercetătorilor pri-vitoare la modul în care acest tip de particule pot penetra celulele este un pas cheie pentru realizarea livrării ora-le a nanoparticulelor”, observă Edith Mathiowitz, profesor de farmacologie moleculară, fiziologie şi biotehnologie la Brown University, care nu a făcut parte din echipa de cercetare. „Înain-te de a înţelege cum sunt transportate aceste particule, nu putem dezvolta nici un sistem de livrare”.

Spargerea barierelor

În acest studiu, cercetătorii au de-monstrat administrarea orală a insulinei la şoareci. Nanoparticulele acoperite cu proteine Fc au ajuns în sânge de 11 ori mai eficient decât nanoparticulele echi-valente fără înveliş. În plus, cantitatea de insulină livrată a fost suficient de mare pentru a reduce nivelul zahărului din sângele şoarecelui.

Cercetătorii speră acum să aplice aceleaşi principii pentru proiectarea unor nanoparticule care să poată traver-sa alte bariere, cum ar fi bariera sânge-creier, care împiedică multe medica-mente să ajungă la creier.

„Dacă acestea pot penetra mucoa-sa intestinului, poate că următoarea va

putea penetra prin mucoasă în plămâni, poate bariera hemato-encefalică, poate bariera placentară”, anticipează Faro-khzad.

Ei lucrează, de asemenea, la opti-mizarea eliberării medicamentului din nanoparticule, în curs de pregătire pen-tru teste suplimentare pe animale, fie cu insulină fie cu alte medicamente.

Studiul a fost finanţat de Koch-Pros-tate Cancer Foundation Award in Na-notherapeutics, National Cancer Insti-tute Center of Cancer Nanotechnology Excellence, de la MIT-Harvard, Natio-nal Heart, Lung and Blood Institute Pro-gram of Excellence in Nanotechnology Award şi National Institute of Biomedi-cal Imaging and Bioengineering.

(Sursa: Massachusetts Institute of Technology)

Continuare în pagina următoare >>

DECEMBRIE 2013

NA

NO

TE

HN

OL

OG

II

14

Michael Strano, profesor de inginerie chimică la MIT şi coordonator al studiului apărut în noiembrie în revista „Nature Nanotechnology”.

Autorii lucrării publicate sunt dr. Jingqing Zhang, postdoc Markita Landry, şi cercetătorii postdoc Paul Barone şi Jong-Ho Kim.

Anticorpi sinteticiNoii senzori pe bază de polimeri

oferă o abordare de proiectare sintetică pentru producerea de locuri de recunoaştere moleculară – abordare care permite, printre alte aplicaţii, detectarea unei biblioteci potenţial infinite de obiective.

Mai mult decât atât, această abordare poate oferi o alternativă mai durabilă pentru acoperirea senzorilor, cum ar fi nanotuburile de carbon, cu anticorpi reali, care se pot descompune în interiorul celulelor vii şi al ţesuturilor.

O altă familie de molecule de recunoaştere utilizate în mod obişnuit sunt aptamerii ADN – segmente scurte de ADN, care interacţionează cu ţinte specifice, în funcţie de secvenţa aptamerului. „Nu există, însă, aptameri specifici pentru multe din moleculele a căror detectare ar fi de dorit”, susţine Strano.

Cercetătorii descriu locuri de recunoaştere moleculare care permit crearea unor senzori specifici pentru riboflavină, estradiol (o formă de estro-gen) şi L-tiroxina (un hormon tiroidian), dar ei lucrează în prezent la stabilirea locurilor de recunoaştere pentru mul-te alte tipuri de molecule, inclusiv neuro-transmiţători, carbohidraţi şi proteine.

Abordarea lor profită de un fenomen care apare atunci când anumite tipuri de polimeri se leagă de un nanotub de carbon. Aceşti polimeri, cunoscuţi sub

numele de amfifilici, au ambele regiuni: hidrofobă şi hidrofilă.

Polimerii amfifilici sunt proiectaţi şi sintetizaţi astfel încât atunci când polimerii sunt expuşi la nanotuburi de carbon, regiunile hidrofobe se blochează pe tuburi ca nişte ancore şi regiunile hidrofile formează o serie de bucle care se extind mai departe de tuburi. Aceste bucle formează un nou strat care înconjoară nanotubul şi este cunoscut ca o coroană.

Cercetătorii de la MIT au descoperit că buclele din cadrul coroanei sunt aranjate foarte precis de-a lungul tubului, iar distanţa dintre ancore determină care moleculă ţintă va fi capabilă de fixare în bucle şi de modificarea fluorescenţei nanotubului de carbon.

Interacţiuni moleculare

Unic în această abordare, spun cercetătorii, este faptul că recunoaşterea moleculară nu a putut fi prezisă observând structura moleculei ţintă şi polimerului înainte de a le ataşa la nanotuburi.

„Ideea este că un chimist, doar uitându-se la polimer, nu a putut să înţeleagă de ce acesta ar recunoaşte ţinta, pentru că polimerul în sine

nu poate recunoaşte selectiv aceste molecule. El trebuie adsorbit de nanotuburi, care expun anumite secţiuni ale polimerului, generând un loc de legare”, observă Strano.

Cercetătorii au folosit un studiu automatizat, asistat de robot pentru a testa aproximativ 30 de nanotuburi acoperite cu polimer contra a trei duzini de posibile ţinte, obţinând trei rezultate pozitive.

Ei lucrează în prezent la o modalitate de a prezice astfel de interactiuni polimer-nanotuburi bazate pe structura straturilor coroanei, folosind datele generate de un nou tip de microscop pe care Landry l-a construit pentru a observa interacţiunile dintre coroanele nanotuburilor de carbon şi ţintele lor.

„Ce se întâmplă cu polimerul şi faza coroanei a fost un mister, astfel încât acesta este acum cu un pas înainte în obţinerea mai multor date pentru a aborda problema legată de proiectarea unei ţinte pentru o moleculă specifică”, spune Landry.

Studiul a fost finanţat de National Science Foundation şi Army Research Office prin MIT’s Institute for Soldier Nanotechnologies.

(Sursa: Massachusetts Institute of Technology)

CRISTINA SORESCUO modalitate de a folosi nanoparticule pentru a investiga mecanismele „mis-

terioase” care stau la baza cazurilor de infertilitate a fost dezvoltată de cercetă-torii de la Oxford University.

Tehnica, prezentată în „Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medi-cine”, i-ar putea ajuta pe cercetători să descopere cauzele din spatele cazurilor de infertilitate inexplicabilă şi să dezvolte tratamente pentru cuplurile afectate de aceasta. Metoda implică încărcarea unor nanoparticule de dioxid de siliciu poros – „plicuri” – cu compuşi pentru a identifica, diagnostica sau trata cauzele infertilităţii. Cercetătorii au demonstrat că nanoparticulele ar putea fi ataşate

Nanoparticulele ajută la identificarea și tratarea de-fectelor asociate infertilității

continuare din pagina anterioara

DECEMBRIE 2013 15

NA

NO

TE

HN

OL

GII

la spermatozoizii de mistreţ fără efecte negative asupra funcţiei lor.

„O caracteristică atractivă a na-noparticulelor este că se aseamănă cu un plic gol care poate fi încărcat cu o varietate de compuşi şi introdus în ce-lule”, spune dr. Natalia Barkalina, conducătorul studiului desfăşurat la Nuffield Department of Obstetrics and Gynaecology, de la Oxford University. „Nanoparticulele pe care le folosim nu par să se amestece cu sperma, ceea ce le face un vas perfect de livrare.”

Dr. Barkalina a adăugat: „Vom în-cepe cu compuşi pentru a investiga bio-logia infertilităţii şi, în câţiva ani, poate vom fi în măsură să explicăm sau chiar să diagnosticăm cazuri rare, la paci-enţi. În viitor, am putea furniza chiar tratamente într-un mod similar.”

Spermatozoizii sunt dificil de stu-diat din cauza dimensiunii lor mici, a formei neobişnuite şi a scurtei durate

de viaţă în afara corpului. Însă, aceasta este o parte vitală a cercetării infertilită-ţii şi, după cum explică autorul principal

al lucrării publicate, dr. Kevin Coward: „Pentru a descoperi cauzele de inferti-litate, avem nevoie să cercetăm sperma pentru a vedea când încep problemele.”

Metodele anterioare au implicat pro-ceduri complicate la animale şi au ne-cesitat luni de întârzieri înainte ca sper-ma să poată fi utilizată. „Acum, putem expune pur şi simplu spermatozoizii la nanoparticule într-un vas Petri. Este atât de simplu încât operaţiunea poate fi efectuată suficient de repede pentru ca spermatozoizii să supravieţuiască nevătămaţi.”

Echipa, cu baza la Institute of Re-productive Sciences, a folosit pentru studiu spermatozoizi de mistreţ, datori-tă asemănărilor cu cei umani, după cum explică unul din co-autorii studiului, Celine Jones: „Sunt similari ca dimen-siune, formă şi activitate. Acum, după

ce am dovedit care este sistemul la sper-matozoizii de mistreţ, sperăm să repro-ducem constatările noastre la cei umani

şi, în final, să vedem dacă le putem folosi şi pentru a furniza compuşii şi ovulelor.”

Cercetarea a fost un efort interdisci-plinar care a implicat specialişti în biolo-gia reproducerii, de la Nuffield Depart-ment of Obstetrics and Gynaecology, şi specialişti în nanostiinţe, de la Depart-ment of Engineering Science, condus de dr. Helen Townley.

Studiul a fost finanţat de Nuffield Department of Obstetrics and Gynaeco-logy, de la Oxford University, şi de Engi-neering and Physical Sciences Research Council (EPSRC).

Această tehnică este subiectul cereri-lor de brevet deţinute de Isis Innovation, unitatea de transfer tehnologic a Oxford University. Isis sprijină contactul părţilor interesate de colaborări în cercetare sau discuţii legate de licenţiere.

(Sursa: Oxford University)

Ele jură că bebeluşul lor mănâncă? Este normal, mirosul unui nou născut stimulează aceleaşi circuite neuronale ca mâncarea lor preferată… Echipa condusă de Johann Lundström, de la University of Philadelphia, a observat activitatea cerebrală a 30 de tinere – mame sau nu – după ce au mirosit veşmintele unui nou născut.

Toate au apreciat că mirosul este plăcut, ceea ce înseamnă că activează neuronii „sistemului de recompensă”, care modelează anumite comportamente

(hrănirea, reproducerea, somnul), printr-o senzaţie de plăcere. Eliberând dopamina, hormonul bunăstării, care-i face pe oameni să aprecieze o masă bună sau să devină dependenţi de tutun.

Dar reacţia creierului este mult mai intensă la tinerele mame! Semn că plăcerea declanşată de mirosul copilului este naturală, dar întărită de experienţă. „Mirosurile nou născuţilor sunt asociate cu sistemul de recompensă, probabil, prin învăţare”, explică Johann Lundström. „Ceea ce o invită pe mamă să se ocupe de

Instinctul matern… o problemă de miros

copilul său”. Se ştia că instinctul matern este

stimulat de contactul vizual şi vocal; i se adaugă cel olfactiv. (C.S.)

Nanoparticulele ajută la identificarea și tratarea defectelor asociate infertilității

Continuare din pagina 14

DECEMBRIE 2013

NE

UR

O-I

MU

NO

LO

GIE

ALINA VÂLCEA

16

Cercetări revoluționare pentru nanoparticule cudrul Collaborative Research Center 840 „From Particulate Nano-Systems to Mesotechnology.”

Procesul de auto-asamblare descris în „Nature” începe cu un lanţ de macro-molecule cu dimensiuni între 10 şi 20 nanometri. În chimie, aceste macromo-lecule sunt numite terpolimeri tribloc. Ele sunt compuse din trei secţiuni line-are (blocuri) conectate între ele în sec-venţă. Sunt generate printr-un proces

special de sinteză, aşa-numita „polime-rizare vie”, şi sunt disponibile pentru cercetători.

Echipa de cercetare a fost capabilă să ghideze macromoleculele tribloc în nanoparticule moi cu diametru de apro-ximativ 50 nanometri. Alegerea solven-ţilor a jucat un rol-cheie în acest proces de auto-asamblare macromoleculară.

Solvenţii au fost selectaţi cu precizie şi utilizaţi astfel încât solubilitatea dife-rită a celor trei blocuri şi incompatibili-tatea polimerilor între ei au contribuit în mod semnificativ la calitatea structurii interioare dorite a nanoparticulelor.

Cercetătorii au aplicat noua tehni-că pentru două tipuri de terpolimeri tribloc. Cele două au diferit în ceea ce priveşte proprietăţile chimice ale blocu-rilor mijlocii. Secvenţele blocurilor de macromoleculele erau ABC şi, respec-tiv, ADC.

Primul tip are ca rezultat nanopar-ticule cu un singur loc de legare şi are tendinţa de a forma grupuri sferice, în timp ce al doilea tip creează nanoparti-cule cu două locuri de legare şi tinde, ca

atare, să formeze suprastructuri lineare. Foarte important, în ambele cazuri

structura nanoparticulelor este prepro-gramată de structura chimică a macro-moleculei sursă în acelaşi mod în care şi structura unei proteine este determinată de secvenţa de aminoacizi.

Procesul de auto-asamblare nu se termină, însă, cu nanoparticulele. Dacă nanoparticulele formate din fiecare tip

de macromolecule ar fi lăsate „în voia lor”, ar forma, pe de o parte, suprastruc-turi sferice şi, pe de altă parte, supra-structuri lineare.

Echipa condusă de Axel Müller a dezvoltat şi implementat o abordare diferită. Nanoparticulele cu unul şi cu două locuri de legare sunt amestecate, astfel încât să se agrege împreună într-o suprastructură complet nouă obţinută printr-un proces de co-asamblare.

În suprastructura finală, nanoparti-culele care provin de la moleculele ABC şi nanoparticulele formate de molecule-le ADC alternează într-un model definit cu precizie.

Când este privită sub obiectivul unui microscop electronic, noua suprastruc-tură seamănă foarte mult cu o larvă de omidă, pentru că ea constă dintr-o se-rie de secţiuni separate clar şi ordonate în mod regulat. Pentru astfel de supra-structuri co-asamblate, echipa de cerce-tare condusă de Axel Müller a inventat, astfel, termenul „micele omidă”.

Constatările cercetătorilor publicate recent în „Nature” reprezintă un pro-

Celulele animale şi vegetale sunt exemple elocvente privind modul în care natura construieşte unităţi din ce în ce mai mari într-un mod preprogra-mat ţintit folosind molecule ca blocuri de construcţie.

În domeniul nanotehnologiei, cerce-tătorii imită această tehnică „de jos în sus”, utilizând capacitatea materialelor nanostructurate de a se „auto-asambla” în arhitecturi de ordine superioară.

Aplicând acest concept, cercetăto-rii specialişti în polimeri de la Bayre-uth, Aachen, Jena, Mainz şi Helsinki au publicat recent, în revista „Nature”, un articol în care descriu un model de auto-asamblare a nanoparticulelor după un nou principiu. El ar putea avea im-plicaţii importante pentru înţelegerea fundamentală a proceselor de acest tip, precum şi pentru tehnologiile viitoare.

Echipa de cercetare este condusă de profesorul Axel Müller, fost titular al catedrei de chimie macromoleculară-II de la University of Bayreuth, în prezent, membru în Gutenberg Research College din cadrul Mainz University.

Ceilalţi membri ai echipei sunt dr. André Gröschel (de la Aalto University, Helsinki), Tina Löbling şi dr. Holger Schmalz (University of Bayreuth), dr. Andreas Walther (Interactive Materi-als Research Center, din cadrul Aachen University), şi prof. dr. Felix Schacher (Friedrich Schiller University, Jena).

Studiul a fost efectuat la Univer-sity of Bayreuth şi finanţat de Fundaţia germană pentru cercetare (DFG), în ca-

DECEMBRIE 2013

ON

CO

LO

GIE

17

auto-asamblare preprogramabilăgres în domeniul structurării ierarhice şi nano-ingineriei, deoarece permite crearea de noi materiale din particule cu auto-asamblare pre-programată.

Acest progres ar putea fi un „schim-bător de joc”, pentru că, în prezent, doar procedurile de sus în jos, de exemplu, extragerea unei microstructuri dintr-un complex mai mare, sunt acceptate pe scară largă ca procese de structurare.

„Limitele acestei tehnici vor deveni

foarte evidente în viitorul apropiat”, a explicat Müller. „Numai rareori este posibil a genera structuri complexe la scară nanometrică.”

Principiul de auto-asamblare de jos în sus, bazată pe calea folosită în natură, ar putea reprezenta, însă, cea mai bună cale de urmat. Un factor care o face de-osebit de atractivă este numărul mare de macromolecule, care sunt uşor disponi-bile ca blocuri de construcţie.

Ele pot fi folosite pentru a include în suprastructurile rezultate proprietăţi specifice, cum ar fi sensibilitatea la sti-muli de mediu (de exemplu, temperatu-ra, lumina, câmpuri electrice şi magne-tice etc.), sau posibilitatea de a acţiona ca un comutator care să poată fi pornit/oprit după voinţă.

Aplicaţiile posibile includ nanoli-tografia şi livrarea medicamentelor, în care timpul şi locul eliberării substanţe-lor active pot fi pre-programate.

Aici, similitudinea principiilor structurale ale celulelor animale şi vege-tale devine din nou evidentă, când pro-prietăţi variate sunt compartimentate în

zone de spaţiu limitat. Macromoleculele care transportă

diverse segmente funcţionale pot fi de sute de ori mai mici decât un microme-tru.

Superstructurile pe care astfel de macromolecule le produc au în mod co-respunzător înaltă rezoluţie.

„Tehnologii viitoare – precum ce-lulele personalizate artificiale, tran-zistori, sau componente pentru micro/

nano-robotică – pot beneficia în mod semnificativ de această structurare deosebit de delicată”, a subliniat Axel Müller.

„Rezultatele cercetării pe care le-am publicat în Nature, nu au încă aplicaţii imediate în lumea reală. Însă, înţelegând mai bine procesele de jos în sus, începând cu moleculele, din gama nanometrică, şi trecând la nivelurile ierarhice superioare din gama micro-metrică, avem şanse mai mari ca tehno-logiile viitorului să devină accesibile.”

Miceliile-omidă nu sunt nici pe de-parte singurele superstructuri care pot fi produse cu nanoparticule cu auto-asamblare. „Astfel de nanoparticule moi pot fi combinate cu nano- şi microparti-cule anorganice sau biologice pentru a crea materiale necunoscute anterior cu funcţii specifice. Numărul de combina-ţii posibile este practic fără sfârşit”, a conchis prof. Axel Müller.

(Sursa: Johannes Gutenberg-

Universität Mainz)

O nouă tehnică îmbu-nătăţeşte acurateţea şi uşurinţa diagnosticării

canceruluiANA BARBU

O echipă de cercetători de la UCLA şi Harvard University a de-monstrat o tehnică, bazată pe măsu-rarea proprietăţilor fizice ale celule-lor individuale în fluidele corpului, care poate indica diagnosticul cance-rului cu un grad înalt de precizie.

Tehnica lor, care foloseşte un ci-tometru al deforma-bilităţii pentru a analiza celule individuale, ar putea reduce nevoia de proceduri de dia-gnosticare mai greoaie şi costurile asociate, în timp ce îmbunătăţeşte precizia peste nivelul metodelor ac-tuale.

Concluziile studiului clinic iniţi-al, care a analizat probe de lichid ple-ural de la peste o sută de pacienţi, au fost publicate în numărul actual al re-vistei „Science Translational Medi-cine”. Lichidul pleural, un lubrifiant natural al plămânilor, care se dilată şi se contractă în timpul respiraţiei, este prezent în mod normal în spaţiile din jurul plămânilor.

Afecţiuni medicale, precum pne-umonia, insuficienţa cardiacă con-gestivă şi cancerul pot provoca o acu-mulare anormal de mare a fluidului, care este numit revărsat pleural.

Când citopatologii scanează pen-tru cancer în revărsatul pleural, se efectuează o analiză vizuală a ce-

DECEMBRIE 2013

ON

CO

LO

GIE O nouă tehnică îmbunătăţeşte acurateţea şi uşurinţa diagnosticării cancerului

lulelor preparate, extrase din fluidul pleural. Pregătirea celulelor pentru

această analiză poate implica colorarea complicată şi consumatoare de timp sau etichetarea moleculară, iar testele nu determină de multe ori definitiv prezen-ţa celulelor tumorale. Sunt necesare de multe ori teste suplimentare costisitoa-re.

Metoda prezentată în studiul UCLA-Harvard, elaborată anterior de cercetă-torii de la UCLA, necesită puţină pregă-tire a probei, bazându-se în schimb pe

imagistica celulelor, în timp ce acestea curg prin canale microfluidice.

Dacă sunt stoarse două baloane, unul umplut cu apă şi unul umplut cu miere, baloanele ar fi simţite diferit şi s-ar deforma diferit la presare. Cerce-tătorii au folosit acest principiu la nivel celular, prin utilizarea unei metode de „strângere” fluidă a celulelor individu-ale, care sunt de 10.000 de ori mai mici decât baloanele – o tehnică numită „ci-tometria deformabilităţii”.

Amploarea comprimării unei celule poate oferi perspective despre aspectul sau structura celulei, cum ar fi elastici-tatea membranei sale sau rezistenţa la curgere a ADN-ului sau a proteinelor în interiorul acestuia. Celulele canceroase au o arhitectură diferită şi sunt mai moi decât celulele sănătoase şi, ca urmare, se „deformează” diferit.

Folosind citometria deforma-bilită-ţii, cercetătorii pot analiza peste o mie de celule pe secundă în timp ce acestea sunt suspendate într-un lichid care cur-ge, oferind mai multe detalii cu privire la variaţiile din cadrul probei preluate de la fiecare pacient, decât ar putea fi

detectate utilizând tehnici anterioare de analiză fizică. Având informaţii detali-ate, cercetătorii au îmbunătăţit sensibi-litatea testului: unele eşantioane de la pacienţi care nu fuseseră identificate ca fiind canceroase, prin metode tradiţio-nale, s-au dovedit a fi canceroase prin citometria deformabilităţii. Rezultatele au fost verificate după şase luni.

„Bazându-ne pe aceste rezultate, am început studii cu mai mulţi pacienţi pen-tru a determina dacă această metodă ar putea oferi un instrument de diagnostic

cost-eficient şi informaţii mai detaliate despre originea cancerului”, a declarat Dino Di Carlo, prof. asoc. de bioingi-nerie de la School of Engineering and Applied Science a UCLA şi coordonator principal al cercetării.

„Aceasta ar putea contribui la redu-cerea volumului de lucru în laborator şi la accelerarea stabilirii diagnosticului, şi ar oferi medicilor o nouă cale de a îmbunătăţi luarea deciziilor clinice.”

Dr. Jianyu Rao, profesor de patolo-gie şi medicină de laborator la UCLA, şi celălalt coordonator al cercetării, a de-clarat că noua tehnică ar putea fi folosită în setări clinice pentru a ajuta la monito-rizarea pacienţilor cu cancer.

„În primul rând, se poate creşte pre-cizia diagnosticului prin detectarea ce-lulelor canceroase în probele de fluide corporale”, a declarat Rao. „În al doi-lea rând, se poate asigura o metodă de screening iniţial al cancerului în probe de fluide biologice, pentru zone cu re-surse limitate sau unde lipsesc citolo-gii cu experienţă. În al treilea rând, se poate oferi un test pentru a determina sensibilitatea la medicamente a celule-

lor canceroase.” Rao a adăugat că sunt necesare stu-

dii clinice suplimentare la scară largă pentru a valida în continuare noua teh-nică pentru fiecare din aplicaţii. Di Car-lo şi Rao sunt membri ai UCLA Jonsson Comprehensive Cancer Center, precum şi ai California NanoSystems Institute de la UCLA.

Autorul principal al lucrării care prezintă noua metodă a fost Henry TK Tse, cercetător post-doctoral specialist în bioinginerie la UCLA.

Folosind cantitatea mare de date referitoare la celule, co-autorii Ryan Adams, profesor asistent de ştiinţa cal-culatoarelor la Harvard School of Engi-neering and Applied Sciences, şi maste-randul Yo Sup Moon, de la Harvard, au conectat modul de distribuţie a proprie-tăţilor celulelor individuale corelate cu diagnosticul cancerului.

Co-autori ai studiului au mai fost cercetătorii Daniel R. Gossett şi Mahdokht Masaeli din departamentul de bioinginerie al UCLA, şi dr. Marie Sohsman, Yong Ying şi dr. Kimberly Mislick, din departamentul de patologie şi medicină de laborator al aceleiaşi uni-versităţi.

Cercetarea a fost susţinută de Defen-se Advanced Research Projects Agency şi Packard Foundation. Dispozitivul de citometrie a deformabilităţii a fost licenţiat de Cytovale Inc, o companie de lansare a tehnologiei, sprijinită de Engineering‘s Institute for Technology Advancement, din sistemul UCLA.

(Source: University of California, Los Angeles)

18

DECEMBRIE 2013

DIA

BE

TO

LO

GIE

fără injecţii regulate

O nouă tehnică bazată pe nanoteh-nologie pentru reglarea nivelului za-hărului din sângele diabeticilor poate da pacienţilor posibilitatea de a elibera insulina fără probleme, cu ajutorul unui mic dispozitiv cu ultrasunete, permi-ţându-le să treacă mai multe zile între injecţii – în loc să-şi administreze mai multe injecţii cu insulină în fiecare zi.

Tehnica a fost dezvoltată de cercetă-torii de la North Carolina State Univer-sity şi de la University of North Caroli-na at Chapel Hill.

„Sperăm că acesta este un pas mare spre o metodă mai nedureroasă de men-ţinere a nivelurilor sănătoase ale zahă-rului din sângele diabeticilor”, spune dr. Zhen Gu, autor al unui articol refe-ritor la cercetare şi profesor asistent în cadrul programului comun de inginerie biomedicală de la NC State şi UNC-Chapel Hill.

Tehnica presupune injectarea unor nanoparticule biocompatibile şi biode-gradabile în pielea pacientului. Nano-particulele sunt realizate din acid poli lactic-co-glicolic (PLGA) şi sunt um-plute cu insulină. Fiecare dintre nano-particulele PLGA este acoperită fie cu un strat încărcat pozitiv, din chitosan (un material biocompatibil care se gă-seşte în carcase de creveţi), fie cu un strat încărcat negativ, din alginat (un material biocompatibil care se găseşte în mod normal în alge marine).

Când nanoparticulele acoperite sunt amestecate împreună în soluţie, acope-ririle încărcate pozitiv şi negativ sunt atrase una de cealaltă cu forţa electro-statică pentru a forma o „nano-reţea.” Odată injectată în stratul subcutanat al pielii, nano-reţeaua care ţine nanoparti-

culele împreună le împiedică dispersa-rea în tot corpul.

Nanoparticulele acoperite cu PLGA sunt poroase. Odată ajunsă în orga-nism, insulina începe să difuzeze din nanoparticule. Cea mai mare parte din insulină nu se disipă departe – ea este suspendată de facto într-un rezervor în stratul subcutanat al pielii prin forţa electrostatică a nano-reţelei.

Astfel se creează o doză de insulină, care aşteaptă pur şi simplu să fie livrată în fluxul sanguin.

Când un pacient suferă de diabet de tip 1 sau de tip 2, avansat, corpul lui are nevoie de insulină suplimentară, un hor-mon care transportă glucoza – sau za-hărul din sânge – din sânge în celulele organismului.

Pacienţiii cu diabet zaharat trebuie să-şi injecteze insulina necesară pentru a asigura un nivel „normal” al zahă-rului din sângele lor. Totuşi, injectarea acestor preparate poate fi dureroasă. Folosind noua tehnologie dezvoltată de echipa lui Gu, un pacient cu diabet nu mai trebuie să-şi injecteze o doză de in-sulină – ea este deja acolo.

În schimb, pacienţii pot folosi un dispozitiv mic, portabil, pentru a apli-ca valuri de ultrasunete concentrate la locul nano-reţelei, eliberând fără dureri insulina, din rezervorul ei, în fluxul sanguin.

Cercetătorii cred că tehnica funcţi-onează deoarece undele de ultrasunete excită bule de gaz microscopice în ţe-sut, perturbând temporar nano-reţeaua plasată în stratul subcutanat al pielii. Perturbarea împinge nanoparticulele în afară, relaxând forţa electrostatică exercitată asupra insulinei din rezervor. Aceasta permite insulinei să înceapă a

intra in fluxul sanguin – un proces gră-bit de efectul undelor ultrasunetelor care împing insulina.

„Ştim că noua tehnică funcţionează şi credem că acesta este modul în care funcţionează, dar încercăm să stabilim detaliile exacte”, spune dr. Yun Jing, prof. asist. de inginerie mecanică la NC State şi co-autor al lucrării publicate.

Când ultrasunetele sunt eliminate, forţa electrostatică se reafirmă şi împin-ge nanoparticulele din nano-reţea care ajung din nou împreună. Apoi, nanopar-ticulele difuzează mai multă insulină, reumplând rezervorul. „Am făcut dova-da conceptului la şoareci de laborator cu diabet zaharat de tip 1”, spune Gu.

„Am constatat că această tehnică realizează eliberarea rapidă a insuli-nei în sânge şi că reţelele nano conţin suficientă insulină pentru a reglementa nivelul glucozei din sânge până la 10 zile.” „Când se termină insulina, trebu-ie injectată o nouă nano-reţea”, spune dr. Jin Di, autorul principal al lucrării publicate şi membru în laboratorul lui Gu. „Nano-reţeaua anterioară este dizolvată şi complet absorbită în orga-nism în câteva săptămâni.”

„Acest progres va da cu siguran-ţă milioanelor de persoane cu diabet zaharat din întreaga lume speranţa că vor veni zile mai bune”, spune dr. John Buse, director al UNC-Chapel Hill’s Diabetes Care Center şi director adj. al UNC-Chapel Hill NIH Clinical and Translational Sciences Award. „Trebuie să lucrăm pentru a transfera aceste stu-dii incitante din laborator în practica clinică.”

(Sursa: North CarolinaState University)

19

CRISTINA SORESCU

DECEMBRIE 2013

ING

INE

RIE

GE

NE

TIC

Ă

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 perioadă de: 3 luni la preţul de q 12 lei 6 luni la preţul de q 24 lei12 luni la preţul de q 48 lei

începând cu luna

A fost deblocat un nou mijloc de Studierea celulelor stem intestinale ar putea duce la noi tratamente pentru diverse afecţiuni, de la boli gastro-intes-tinale la diabet.

Cercetătorii de la MIT şi Brigham and Women’s Hospital au arătat că pot creşte cantităţi nelimitate de celule stem intestinale, şi apoi le pot stimula să se dezvolte în populaţii aproape pure de diferite tipuri de celule intestinale matu-re. Folosind aceste celule, cercetătorii ar putea dezvolta şi testa noi medicamente pentru a trata boli precum colita ulce-roasă.

Intestinul subţire, ca şi cele mai mul-te ţesuturi ale corpului, are un mic de-

pozit de celule stem adulte imature care se pot diferenţia în mai multe tipuri de celule mature, specializate.

Până în prezent, nu a existat nici o modalitate bună pentru a dezvolta un număr mare de astfel de celule stem, de-oarece ele rămân imature doar cât timp sunt în contact cu un tip de celule de su-port numite celule Paneth.

Într-un nou studiu apărut la începutul lunii decembrie în „Nature Methods”, cercetătorii au descoperit o modalitate de a înlocui celulele Paneth cu două mo-lecule mici, care menţin celulele stem şi promovează proliferarea lor.

Celulele stem cultivate într-un vas de laborator care conţine aceste molecu-

le pot sta imature pe termen nelimitat; dacă sunt adăugate alte molecule, inclu-siv inhibitori şi activatori, cercetătorii pot controla ce tipuri de celule vor deve-ni în cele din urmă.

„Această constatare deschide calea pentru tot felul de experimente, inclu-siv obţinerea prin inginerie a unui nou intestin, care va permite, în cazul paci-enţilor cu boli intestinale, screening-ul medicamentelor privind siguranţa şi eficienţa.

Este într-adevăr prima dată când s-a creat această posibilitate”, subli-

niază prof. Robert Langer, membru al Koch Institute for Integrative Cancer Research, din cadrul MIT, unul dintre autorii articolului publicat în „Nature Methods”. Jeffrey Karp, profesor aso-ciat de medicină la Harvard Medical School şi Brigham and Women’s Hos-pital, este autor coordonator al studiului publicat. Principalul autor al articolului este Xiaolei Yin, cercetător postdoc la Koch Institute şi Brigham and Women’s Hospital.

De la o singură celulă, mai multeStratul interior al intestinelor are mai

multe funcţii critice. Unele celule sunt specializate pentru a absorbi nutrienţii

din alimentele digerate, în timp ce altele formează o barieră care secretă mucus şi previne intrarea virusurilor şi a bacterii-lor în celule. Iar altele alertează sistemul imunitar, atunci când sesizează prezenţa unui agent patogen străin.

Acest strat, cunoscut ca epiteliul in-testinal, este acoperit cu multe indentaţii mici, cunoscute sub numele de cripte. În partea de jos a fiecărei cripte este un mic rezervor de celule stem epiteliale, care refac în permanenţă celulele specializa-te ale epiteliului intestinal, care trăiesc

doar aproximativ cinci zile. Aceste celule stem pot deveni orice

tip de celule epiteliale intestinale, dar nu au pluripotenţa celulelor stem embriona-re, care pot deveni orice tip de celule din organism.

Dacă cercetătorii ar putea obţine cantităţi mari de celule stem epiteliale intestinale, acestea ar putea fi folosite pentru a ajuta la tratarea tulburărilor gastro-intestinale care distrug stratul epitelial.

Studii recente pe animale au arătat că celulele stem intestinale livrate la in-testin se pot ataşa zonelor ulceroase şi ajută la regenerarea ţesutului sănătos, oferind un potenţial nou mod de a trata

IOANA OLTEANU

20

DECEMBRIE 2013

ING

INE

RIE

GE

NE

TIC

Ă

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, București

Plata abonamentului se face în contul firmei MED.CO 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 CĂTRE

colita ulceroasă. Folosirea acestor celule stem pentru a produce populaţii mari de celule specializate ar fi, de asemenea, utilă pentru dezvoltarea şi testarea noi-lor medicamente, spun cercetătorii.

Dispunând de cantităţi mari de ce-lule caliciforme, care ajută la controlul răspunsului imun la proteinele prezen-te în produsele alimentare, cercetătorii pot să studieze alergiile alimentare; cu ajutorul celulelor enteroendocrine, care eliberează hormonii foamei, ei ar putea testa noi tratamente pentru obezitate.

„Dacă am avea modalităţi de efec-tuare a screeningurilor de înaltă tranzi-tare pe un număr mare din aceste tipuri de celule specifice, am putea identifica potenţiale obiective noi şi dezvolta me-dicamente complet noi pentru o gamă largă de afecţiuni, de la boli inflama-torii intestinale la diabet”, spune Karp.

În 2007, prof. Hans Clevers, de la Hubrecht Institute, Olanda, a identificat un marker pentru celulele stem epiteliale intestinale – o proteină numita Lgr5.

Clevers, care este autor al lucrării publicate în „Nature Methodes”, a iden-tificat, de asemenea, factori de creştere care permit acestor celule stem să se re-producă în cantităţi mici într-un vas de laborator şi să se diferenţieze spontan în celule mature, formând structuri mici, numite organoide, care imită arhitectura naturală a mucoasei intestinale.

În noul studiu, cercetătorii au vrut să afle cum să păstreze celulele stem proli-ferante, dar să le oprească de la diferen-ţiere, creând o populaţie aproape pură de celule stem. A fost o ţintă dificil de atins, întrucât celulele stem încep să se

diferenţieze de îndată ce pierd contactul cu celulele Paneth.

Celulele Paneth controlează două căi de semnalizare, cunoscute sub nu-mele de Notch şi Wnt, care coordonează proliferarea celulelor, mai ales în timpul dezvoltării embrionare.

Cercetătorii au identificat două molecule mici, acid valproic şi CHIR-99021, care lucrează împreună pentru a induce proliferarea celulelor stem şi a le împiedica diferenţierea în celule mature.

Când au crescut celule stem intesti-nale de şoarece într-un vas care conţinea aceste două molecule mici, cercetătorii au obţinut grupuri mari de celule din care 70-90% erau celule stem. Odată ce au obţinut populaţii aproape pure de celule stem, ei au arătat ca le-ar putea conduce la dezvoltarea în anumite tipuri de celule intestinale prin adăugarea al-tor factori care influenţează căile Wnt şi Notch.

„Am folosit diferite combinaţii de inhibitori şi activatori pentru a deter-mina celulele stem să se diferenţieze în populaţii specifice de celule mature”, a explicat Yin. Cercetătorii au descope-rit că această abordare funcţionează şi în cazul celulelor de stomac şi de colon la şoarece. De asemenea, ei au arătat că respectivele molecule mici îmbunătăţesc proliferarea celulelor stem intestinale umane.

În prezent se lucrează la crearea prin inginerie a ţesuturilor intestinale pentru transplantare la pacient, precum şi la dezvoltarea unor noi moduri de testare rapidă a efectelor medicamentelor asu-pra celulelor intestinale.

creştere a celulelor stem intestinale

„O altă potenţială utilizare a aces-tor celule este pentru a studia biologia care stă la baza capacităţii speciale a celulelor stem de a se auto-reînnoi şi de a se dezvolta în alte tipuri de celule”, spune Ramesh Shivdasani, profesor asociat de medicină la Harvard Medical School şi Dana-Farber Cancer Institute. „Sunt o mulţime de lucruri pe care încă nu le ştim despre celulele stem”, spune Shivdasani, care nu a făcut parte din echipa de cercetare. „Fără acces la can-tităţi mari de astfel celule, este foarte dificil de făcut orice experimente. Acest studiu deschide uşa către cercetarea sistematică, incisivă, de încredere a bio-logiei celulelor stem intestinale.”

Studiul a fost finanţat de National Institutes of Health, Harvard Institute of Translational Immunology/Helmsley Trust Pilot Grant in Crohn’s Disease şi European Molecular Biology Organiza-tion.

(Sursa: MassachusettsInstitute of Technology)

21

DECEMBRIE 2013

AC

CE

NT Nanoparticule în două faze, pentru tratamentul cancerului pancreatic

şi biochimie la UCLA, şi dr. Jeffrey Brinker, profesor de inginerie chimică şi nucleară la Universitatea din New Me-xico, au încercat să plaseze medicamen-te chimioterapice în nanoparticule, care ar putea ţinti mai direct celulele cance-rului de pancreas, dar au avut nevoie în primul rând să găsească o modalitate de a trece aceste nanoparticule prin locu-rile de obstrucţie vasculară cauzate de pericite, care restricţionează accesul la celulele canceroase.

În cursul experimentării, au desco-perit că pot interfera cu o cale de sem-nalizare celulară – mecanismul de co-municare între celule – care guvernează atracţia pericitelor către vasele de sânge ale tumorii.

Prin crearea unor nanoparticule de care se leagă în mod eficient o sarcină mare de inhibitor al căii de semnalizare,

cercetătorii au reuşit să dezvolte un prim val de nanoparticule, care ar separa peri-citele de celulele endoteliale de pe vasele de sânge.

Aceasta ar deschide poarta vasculară pentru următorul val de nanoparticule, care transportă agentul chimioterapeu-tic la celulele canceroase din interiorul tumorii.

Pentru a testa această nanoterapie, cercetătorii au folosit şoareci cu imuni-tatea compromisă, sub pielea cărora au crescut tumori pancreatice umane numi-te xenogrefe.

Prin utilizarea metodei în două va-luri, tumorile xenogrefe au avut o rată semnificativ mai mare de contracţie de-cât în cazul tumorii expuse doar la chi-mioterapie, dată ca un medicament liber sau transportată în nanoparticule, fără tratamentul din primul val.

„Această nanotherapie în două-va-

luri este un exemplu real pentru modul în care am încercat să îmbunătăţim fur-nizarea medicamentelor chimioterapice cu ţintele destinate lor, folosind nano-tehnologia pentru a oferi o abordare de inginerie”, a subliniat Andre Nel, şeful diviziei de nanomedicină de la UCLA.

„Aceasta arată modul în care prin-cipiile fizice şi chimice ale nanotehnolo-giei pot fi integrate cu ştiinţele biologice pentru a veni în ajutorul pacienţilor cu cancer prin creşterea eficienţei chimi-oterapiei şi reducând, în acelaşi timp, efectele secundare şi toxicitatea. Abor-darea tratamentului în două valuri se poate adresa, de asemenea, impedimen-telor biologice în nanoterapii şi pentru alte tipuri de cancer.”

(Sursa: University of California,Los Angeles)

Cu glanda lor lacrimală fabricată in vitro, cercetătorii japonezi specialişti în medicină regenerativă speră să pună la punct un tratament permanent contra xe-rozei corneene – uscăciunea ochiului.

Această afecţiune care poate antrena pierderea vederii, este datorată unei dis-funcţii a glandelor lacrimale (ea însăşi legată de vârstă, de lentile neadaptate, de lucrul intens la calculator) care secretă la-crimi în cantitate insuficientă sau lipsite de anumite componente.

În prezent, această tulburare este ade-seori alinată cu lacrimi artificiale (colir), un remediu tranzitoriu, care nu se substi-tuie total lacrimilor naturale, cu o compo-

ziţie specială.Aşa s-a născut ideea cercetătorului

Takashi Tsuji şi a colegilor săi de la Uni-versitatea din Tokyo de a crea în laborator glande lacrimale în întregime pornind de la celule stem de fetus, pentru a le trans-planta la adulţi în scopul restabilirii unei secreţii lacrimale normale.

Cercetătorii au reuşit să grefeze cu succes asemenea organe la şoarece, la care au funcţionat corect. Într-un alt studiu, publicat simultan, ei au arătat că tehnica lor permite obţinerea de glande salivare funcţionale. De aici configurarea unui nou tratament pentru „uscăciunea gurii”. Takashi Tsuji subliniază că, înain-

Remediu permanent pentru „ochi uscați”

continuare din pagina 3

te de a trece fără riscuri la om, sunt nece-sare studii suplimentare temeinice. (S.R.)

22