“Plašt“ nanočestica otkriva tumor

Nauka, kao način upoznavanja sveta oko nas, je klasifikovana i podeljena u veće segmente zarad našeg lašeg snalaženja u moru znanja. Bez obzira na tu činjenicu, najbolje od nauke dobijamo kada sklonimo sve te granice i korisno upotrebimo saznanja koja, na prvi pogled, nemaju mnogo značajnog.

Istraživači sa MIT-a (Massachusetts Institute of Technology) u Americi, su se pozabavili primenom nanočestica u medicinske svrhe. Tumori, bilo kog tipa, dele među sobom jednu osobinu koja se može lepo iskoristiti – svi su kiselijeg sastava nego zdravo tkivo.

Nanočestice, koje bi nosile bio koji tip leka, bi mogle koristiti ovu osobinu prilikom pronalaženja tumora u organizmu. Ovaku ideju zastupa Paula Hammond, član David H. Koch Instituta za istraživaje raka (tumora) pri MIT-u. Ona je ujedno i autor rada, koji opisuje pomenute čestice, koji je objavio ASC Nano.

Poput ostalih nanočestica, koje se koriste za transport lekova kroz organizam, i ove su zaštićene „plaštom“ koji ih štiti od razgradnje u našem krvotoku. Dodatak postojećem plaštu je njegova rekacija prilikom kontakta sa kiselijom sredinom. Kada se nanočestica nađe u takvoj sredini, tada se spoljni sloj plašta „skine“ sa čestice, što je ujedno znak da se „transporter“ leka nalazi u blizini tumora. Autor ove ideje je i vođa MIT tima koji je izveo ovaj ekpsriment je Zhiyong Poon.

Sada, dovoljno blizu tumora, nanočestica ima još jedan zaštitni sloj koji je sposoban da uđe, tačnije, prodre u pojedinačnu ćeliju ciljanog tumora. Objavljeni rad tvrdi da su u čestice opstale u krvotoku miša 24 časa, okupile u zoni tumora i ušle u njegove ćelije.

Prava meta

Ovaj pristup se razilkuje od dosadašnje prakse. Tipičan pristup bi podrazumevao „ukrašavanje“ samog tumora molekulima koji se vezuju za proteine koji se mogu naći na površini ćelija raka. Problem ovog pristupa je u pronalaženju prave mete, tačnije, molekula koji se nalazi samo u ćelijama raka i nigde više, po celom organizmu. Sem toga, traženje ovakve, posebne mete (molekula unutar tumora) nije univerzalno za sve tumore, stoga, i ako je metoda efikasna, traži stalnu korekciju, prilogađavanje, od tumora do raka. Greška u proceni mete može dovesti do potpunog promašaja tumora, ili gore, da lek izazove štetu na zdravom tkivu zbog pogrešnog markiranja.

Umesto toga, Hammond tim je odlučio da iskoristi kiselost tumora kao univerzalni pokazatelj, što je posledica njegovog ubrzanog metabolizma. Ćelije tumora se brže razvijaju i dele od normalnih ćelija, i ti procesi zahtevaju znatno više kiseonika, koji svojim prisustvom povećava kiselost sredine. Što je tumor veći, to je tkivo sve više kiselo.

Kada su nanočestice u pitanju, njihova izgradnja se sprovodi u slojevima. To omogućava da svaki od slojeva ima posebnu funkciju. Redom, svaki od tih slojeva, kada jednom izvrši svoj zadatak biva uklonjen, sve dok lek ne dođe do zaraženog mesta.

Prvi plastični sloj (sastavljen od polietilenskog glikola ili PEG) se razlaže u kisleom okružeju tumora, i ujedno se otkriva srednji sloj, koji je pozitivno naelektrisan. Ovo naelektrisanje pomaže u savladavanju sledeće preprke – ćelijske membrane samog tumora. Sam prolaz kroz membranu nije lak posao, ali pošto ona negativno naelektrisana, sve pozitivno naelektrisane čestice mogu lakše prodreti kroz nju. Platični plašt, koji je već otpao, je imao još jednu ulogu: da zaštiti organizam od naelektrisanja srednjeg sloja.

Poslednji sloj može da sadrži polimer koji nosi lek ili, možda, kvantnu tačku, koja se može iskoristi za  stvaranja detaljne slike određenog dela tela, na ćelijskom nivou.

Ovo nije jedini pokušaj da nanočestice iskoriste kiselost tumora za njegovu detekciju, ali je prvi koji koji je uspešno sproveden na živim organizmima.  Ostali Istraživači, koji se bave sličnim istraživanjima su ubeđenja da je ovaj ekpriment potvrda „lukavosti“ pristupa po ravnima, slojevima.

Predstoji dalji razvoj ovih nanočestica, i očekuje se istraživanje od 5 do 10 godina, pre nego što se ovaj metod iskoristi u medicini čoveka. Na redu su ostale životinje, jer se pokazalo da ovaj sistem radi na miševima u laboratoriji.

Hammond i njen tim su započeli rad na nanočesticama koje imaju više „punjenja“. U praksi to bi značilo da bi svaki sloj imao neku vrstu, svog, punjenja koje bi dodatno pojačalo uticaj leka. Spoljašnji PEG sloj bi svojom razgradnjom ispustio lek ili gen koje bi učinio ćelije raka još više osetljive (čitaj: ranjive) na lek koji bi se nalazio unutar poslednjeg sloja nanočestice.

Kada pomislim malo bolje… ovo je približno principu paljenja termonuklearne bombe. Brrrrr….

Kako god bilo, ako ovakava isporuka leka zaživi, ako ništa drugo, lečenje tumora ne bi imalo sekundarne posledice, ili drugačije rečeno – ne bi bilo koleteralne štete.

Međutim, po svemu što znamo, ovakav pritup je protiv profita, potpuno:

Molim lepo, kakav je to lek koji te izleči od bolesti, bez ikakvih drugih posledica!? Moraju naši lekovi da se koriste, a ne da se skladište. Od skladištenja nema para… daj mi taj aspirin, boli me glava od ludih naučnika…

:S

Kvantni efekt vidljiv golim okom

Na prvi pogled zvuči vrlo zanimljivo i novo: prilikom eksperimenta, ispitivanja kvantnih efekata, umesto mehaničkih ili bilo kojih drugih detektora, korišćeno je ljudsko oko! Kvatni efekti se dešavaju na nivou atoma i na nivou sitnijih pod česetica, stoga… Kako su išta mogli da vide?

Nicolas Gisin, fizičar sa univerziteta u Ženevi, Švajcarska, smislio je novi test koji bi omogućio ljudkom oku da detektuje, primeti znake vezanih fotona (photon entanglment).

Zarad jasnosti, objasnimo šta to tačno znači. Fotoni, kao čestice (pridaje im se čestično-talsna priroda, ali mi ih ovde tretiramo kao da su čestice) mogu imati nekoliko osobina, ali najvažnije među njima su spin i polarizacija. Barem, za opis ovog efekta. Dva fotona koji imaju iste osobine (isti spin i polarizaciju) pokazuju zanimljivo ponšanje bez obzira na distancu koja ih deli. Kada izvršite merenje nad jednim fotonom, tada se momentalno dešava promena parametara, osobina drugog fotona koji je uparen sa prvim. Da bi ovo imalo smisla treba napomenuti da: merenje kvantnih efekata podrazumeva promenu osobina merenog subjekta. Da, iskustva iz makro sveta ne važe u mikro svetu. Znači, ova miskorskopska pojva je postala vidljiva i za ljudsko oko. Zvuči vrlo neverovatno…

Gisin i njegove kolege su, ustvari, bile inspirisane jednim starijim eksperimentom koji je obavio Fabio Šiarino (Fabio Sciarrino) i njegov tim na rimskom univerzitetu La Sapienza (Saznanje) u Italiji, još 2008. godine. Uglavnom, kada se fizičari bave vezanim fotonima, oni se bave manjim brojem njih u isto vreme. Rimski eksperiment je posmatrao dva vezana fotona i jedan od njih je “pojačan”, tako što je iskorišćen da se napravi cela lavina fotona (na stotine hiljada) koji imaju njegovo originalno stanje. Naizgled, ova kaskada fotona predstavljaju dovoljno jasnu vizuelizaciju kvantnog efekta vezanih fotona.

Do toga zaključka je Gisin odmah došao i pokušao je da to i pokaže, sprovede kroz svoju adaptaciju eksperimenta. Dok je italijanski ogled koristio uređaje za detekciju, dotle je švajcarski koristio same eksperimentatore, tačnije njihove oči.

Rezultat – naučnici sede u mraku svoje laboratorije, iščekujući svetlosnu potvrdu eksprimenta kome su dali da se stalno ponavlja. I da.. bi svetlost. Na taj našin kvantni efekat je postao vidljiv za ljudsko oko, prvi put u istoriji.

Naravno, ovo nije samo sedenje i piljenje u mrak. Korišćen je Bell test da bi se pokazala identičnost u polarizaciji i spinu, tačnije da su fotoni vezani. Dobijen je pozitivan rezultat, da su foton 1 i lavina fotona od fotona 2 u vezanom paru, svi sa istim osobinama (spin i polarizacija).

Gisin je imao, samo, zamerku da “su standardni detektori, ipak, brži i pouzdaniji i nisu se žalili na zamor.” Kada je neko nezadovoljan, onda je nezadovoljan…

Znači, to je bilo neko svojevrsno mikro-makro vezivanje fotona. Međutim, Gisin je sumnjao u verodostojnost Bellovog testa za makroskopske objekte. Pre nego što je ponovio eksperimet on je odlučio da tesira foton 2 sa Bellovim testom pre nego što napravi lavinu od njega. Prema već pomenutom principu merenja u kvantnoj mehanici, ovo merenje bi poremetilo spin i polaritet fotona 2 i lavina nastala od njega ne bi imala iste parametre kao foton 1. Potonji test nastale lavine ne bi dao poklapanje sa spinom i polarizaciojm fotona 1. Naravno, test je opet bio pozitivan, foton 1 i lavina su delili iste osobine.

Za “pozitivno” pogrešan rezultat nije razlog u prirodi detektora nego u urođenoj nesavršenosti bilo kog detektora, tačnije nivou osteljivosti koji predstavlja svojversnu “rupu”, kroz koju prođu određeni fotoni, a da ne budu detektovani. Kada se bavite malim brojem čestica, fotona, to ne dolazi toliko do izražaja, ali što je veči broj u uzorku, to je uticaj ovog nedostatka veći, do nivoa, da se konačni rezultat merenja znatno menja.

Cela ova kvantna priča još jednom potvrđuje pradavni problem kod izovđenja eksperimenata. Ne poznavanje svih uslova pod kojima se izvodi ogled, može dovesti do pogrešnih zakljuačka. Pogrešno može dovesti do zabluda, a zabulde do novih problema. U ovom slučaju, još jednom je potvrđeno vezivanje fotona na mikro nivou, ali to isto vezivanje na relaciji mikro-makro nivou nije potvrđeno, jer će Bell test uvek davati potvrdni rezultat.

Sciarrino i njegov tim su već neko vreme svesni da je njihov eksperiment mogao imati neki nedostatak u samoj postavci. Zbog toga, već neko vreme rade na preradi svog osnovnog eksperimenta, gde neće biti korišćeno ljudsko oko kao dektor – laser za amplifikaciju signala bi mogao da ga sprži.

Primene kvantnog ekfekta vezivanja fotona postoje, i najupečatljivija od njih je kod kompjuterskih mikro čipova. Bez dubljeg ulaženja u konkretnu primenu, ovaj eferkat omogućava da čipovi budu upola manji od onoga što se nekada smatralo fizičkim ograničenjem. Procenjuje se da to nije kraj mogućnosti i da čipovi mogu biti još više minjaturizovani zbog ovog efekta. Teoretski, naravno…

Do nedavno se smatralo da je, zahvaljujući ovom efektu, možda, moguća trenutna komunikacija, jer sama pojava ne trpi bilo kakvo kašnjenje u prenosu, bez obzira na rastojanje. Na žalost, trenutna komunikacija i dalje nije moguća, ali prakatični aspekti vezanosti fotona se i dalje ispituju, i mahom se mogu primeniti u razvoju kompjutera.

Saobraćajne gužve: bolje sprečiti nego lečiti

U svim velikim gradovima širom sveta, problem je uvek isti. Taman se nameritie da obavite kratku vožjnu, da biste uštedeli na vremenu, kad ono – gradska gužva koja će vas samo u jednom trenutku opkoliti i zarobiti 30, 40, 50… ∞ minuta. Nema uštede, nema obavljenog posla, samo nervoza i nezadovoljstvo.

Za vozače grada San Franciska bi trebalo to da bude samo ružan san, koji se, gotvo, više nikada neće ponoviti u budućnosti. Sa novim sistemom praćenja saobraćaja, svaki od vozača će pravovremeno dobijati upozorenje o gužvama u saobraćaju, pre nego što se one, i zaista, dese. To će dati vozačima mogućnost  da se bolje ili drugačije organizuju.

Ime sitema je Smarter Traveler Research Initiative (ko ovo prevede na srpski, a da znači nešto, svaka mu čast!) i kombinuje dve značajne stvari. Prvu predstavljaju podaci o trenutnom staju saobraćaja, a drugu matrice saobraćaja i saobraćajnih gužvi iz prošlosti. Znači, koristeći se sa svim relanim podacima iz prošlosti i sadašnjeg trenutka, pomenuti sistem će biti u stanju da predviti razvoj događaja na terenu (ulice grada ili auto-put) i do 40 minuta u budućnost. Na samom kraju procesa, vozači će putem e-maila ili SMS-a dobijati rezultat analize, tako da će, oni, na osnovu toga moći da promene putanju, plan ili čak odlože vožnju za neki povoljniji trenutak. Samo se setite, koliko puta ste dobili ili postavli čuveno pitanje: “Je li gužva u gradu?”. Sada je vreme za malu promenu tog pitanja: “Da li će biti gužva u gradu?”.

Prema kreatorima ovog sistema, odgovor na ovakvo pitanje neće biti proizvoljno, nego vrlo konkretno i od koristi. U projektu učestvuju California Center for Innovative Transportation (CCIT), univerzitet u Kaliforniji, Berkli (Berkeley), Kalifornijski odesek za saobraćaj i kompanija IBM.

“Ako ste na auto-putu i znakovi pored njega kažu da je gužva ispred vas, sledećih 10 kilometara, nemate baš puno opcija.” Primečuje Neveen Lamba iz kompanije IBM “Ali ako informaciju dobijete ranije, možete se bolje organizovati i izbeći neprijatan gubitak vremena i nerva.”

Već postoji pristojan broj kompanija kao što su Microsoft ili Google, koje već nude interaktivne informacije o stanju o saobraćaju, kao i izveštaje o tome kakav se saobraćaj očekuje u određenim zonama gradova. Ova inicjativa ide korak dalje, pružajući detaljne informacije o izgledu saobraćaja u bliskoj budućnosti i to prilagođeno za svakom učesniku, u tom vremenskom trenutku. Vozači koje sa nalaze na različitim udaljenostima od kritične tačke gužve, bi dobijali različite informacije, zavisno od mogućnosti, koje im pruža trenutna lokacija.

Većinu gužvi u saobraćaju, što na ulicama što na auto-putevima, prouzrokuju saobraćajne nezgode i to se ne može predvideti. Međutim, gužve nastale posle nesreća, se mogu predvideti jer se obrazuju prema prepoznatljivim obrascima. “Posledice saobraćajne gužve se šire kroz saobraćajni prostor kao talas kroz tečnost”, tvrdi Alexandre Bayen pri inistitutu CCIT.

Duž puta su raspoređeni senzori koji daju informacije o brzini i gustini saobraćaja. Kada vozilo pređe preko senzora, kroz koje prolazi struja, napon i jačina struje se momentalo promene u njemu. Sve promene stanja senzora, ti impulsi, se skupljaju i skladište u program koji se zove Traffic Prediction Tool (alat za predviđanje saobraćaja), koji je razvila kompanija IBM.

Sem toga, program uzima u obzir i podatke iz GPS uređaja učesnika saobraćaja, da bi utvrdio željeno vreme putovanja, kako u trenutku tako i tokom prošlih dana ili nedelja. Takođe, beleži i njihove omiljene putanje kretanja. Pomoću ovoga, stvaraju se projekcije, predviđanja o dinamici saobraćaja i na osnovu toga, alternativne rute za svako pojedinačno putovanje. Ceo sistem, za sada, vrši predviđanja za otprilike 10 do 20 učesnika. Stručnjaci iz IBM-a se nadaju da će sistem proširiti na znatno veći broj korisnika, gde je konačni cilj pokrivenost celog sveta.

S druge strane, previše korisnika na jednom mestu, mogu stvoriti novi problem. “Svi ti korisnici mogu imati istu informaciju, i tada se može desiti da se gužva samo premesti, a ne i da se izbegne.” veli Moshe Ben-Akiva profesor sa tehnološkog univerziteta iz Masačusetsa (MIT).

Zbog toga, IBM sada razvija softver koji i tu činjenicu uzima u obzir, kako predviđanja gužvi mogu da naprave nove gužve na nekom drugom mestu.

Nova saznanja iz talasne optike obećavaju – apsolutna zvučna izolacija je moguća

Tokom našeg svakodnevnog života, mnoge stvati prihvatamo, takave kakvim ih vidimo, bez mnogo razmišljanja. Jednostavno, to tako radi.

Bez obira na činjenicu, da se jednosmerna ogledala najviše mogu videti u policijskim serijama, skoro isti sistem se koristi i kod naočara za sunce. Kada se malo bolje razmisli, ako prostorije oko policijskog ogledala osvetlimo na određeni način (najčešće, da se uključe dovoljno jaka svetla na obe strane), ogledalo postaje propusno u oba smera. Zaključak se sam nameće: koristeći se jednostavnim trikom, mi pravimo iluziju nepropusnog ogledala, koje ima svoje praktične primene.

Sada, pokušajmo da zamislimo, da zaista možemo da napravimo površinu koje je na jednu stranu propusna za talase (svetlost i zvuk se šire kroz prostor u obliku talasa), na drugu sasvim solidna i nepropusna barijera. Za sada ne postoje materijali sa takvom osobinom, ali prema najnovijim studijama, postoji mogućnost da se napravi pravo jednosmerno ogledalo.

Stefano Lepri (Stefano Lepri) sa italijanskog istraživačkog centra i Đulio Kazati (Giulio Casati) sa univerziteta u gradu Insubria u Italiji i nacionalnog univerziteta Singapura su razradili teoretski model za materijale koji transmituju talase na asimetričan način. Njihov rad je objavljen u časopisu Physical Review Letters u izdanju od 18. aprila, ove godine.

Njihov predlog se bazira na korišćenju nelinearnih materijala, koji se različito ponašaju zavisno od toga kakav talas prolazi kroz njih. Još preciznije, reakcija zavisi od atributa talasa koji prolazi kroz njih. “Kada uvedete nelinearne interakcije i sile, mnoge intuitivne spoznaje o ponašanju talasa više ne važe.”, tvrdi Lepri za Physical Review Focus, časopis koji se bavi popularizacijom naučnih radova iz fizike. “Koriteći se nelinearnim interakcijama možemo da izađemo iz osnovnog zakona reciprociteta”, koji zahteva da svi talasi imaju isti tretman, bez obzira na smer njihovog dolaska.

Znači, postavljajući nelinearne materijale zajedno sa linearnim materijalima, koji su poređani na asimetričan način, talas bi mogao da prođe po jednom smeru, ali bi se potpuno odbio kada bi dolazio iz suprotnog smera. Na žalost, kako ističu sami istraživači, ovkava jednosmerna konstrukcija nije univerzalna – svaka kombinacija materijala bi bila dobra za određeni spektar talasnih amplituda. Praktično gledano, moguće je blokirati sve zvukove, ali nema te kombinacije koja bi vas odvojila od bilo kog zvuka u isto vreme.

Za sada, iznesena tvrđenja se baziraju na numerčkim simulacijama, bez pravih eksperimentalnih provera. Međutim, ako se pokaže da su te simulacije dobra aproksimacija realnih materijala, onda bi to “otvorilo nove mogućnosti u kontroli i optimizaciji prostiranja talasa i u dizajniranju uređaja za transformaciju zvučnih i svetlosnih talasa.”

Sami autori ističu ograničenost na određene opsege, ali ako je svaki od tih opsega dovoljno dobro prigušen, ili još bolje, ugušen, onda je sa razvojem tehnologije i dodatnim istraživanjem, realno očekivati, da će se pojaviti materijal, koji će se ponašati kao apsolutni izolator talasa po jednom smeru, a propusan po drugom. Još jednom, sve navedeno važi, samo ako je razvijeni matematički model dovoljno blizak osobinama realnih materijala, koji se mogu naći u prirodi ili na neki način jeftino proizvesti. U suprotnom… ostaće zapamćen kao dobar teoretski pokušaj.

Život na planeti bez sunca je moguć, tvrde astrofizičari

Uzimo, na primer, da vam sunce nije potrebno da se razvije život na planeti i da je voda jedini preduslov za nastanak života. Tako gledano, “odmetnuta” planeta može slobodno da putuje kroz galaksiju, i da život na njoj nikada ne vidi ni zračak sunca. Bukvalno.

Da li zbog velike želje da se nađe vanzemaljski život ili da se nađe novo utočište za ljudsku vrstu, tek astrofizičari su svakim danom sve slobodniji u svojim teorijama. Kada kažemo slobodni, ne mislimo na fantaziranje, već na preispitivanje postojećih pravila i ustrojstva koje vlada kosmosom.

Većina planeta u kosmosu odlikuje nekoliko zajedničkih osobina. Najvažnija od svih, za ovu teoriju, je činjenica da je unutrašnjost svake planate vrlo topla. Dovoljno velika planeta (veličine Zemlje i veće), koja negde na sebi ima veću količinu vode (u obliku leda) potencijalno može biti nosilac novog života, ako se toj vodi, dovede toplota iz središta planete. Dokle god je jezgro planete toplo, planeti koja luta svemirom nije potrebno sunce. Tačnije životu na njoj.

Istraživači Dorian Abbot i Eric Switzer sa univerziteta u Čikagu (SAD) objašnjavaju ovu teorijsku primesu kao Steppenwolf planete (Steppenwolf – stepski vuk na nemačkom). Život na ovim planetama mi bio osuđen na večito lutanje kroz kosmos.

Izgleda da lutajuće planete nisu tako retka pojava, inače ovakva teorija ne bi došla u obzir. Konkretno, plenata 3,5 puta veća od Zemlje, strukture i starosti kao naša planeta, mogla bi, teoretski, da ima na sebi tečene okeane ispod pokrova leda. Ako bi imala 10 puta više vode nego Zemlja ili vrlo gustu atmosferu, bilo bi joj dovoljna veličina jednaka trećini planete Zemlje, što je malo veće od Marsa ili nešto manje od Venere, prema podacima koji su izadati u arXiV blogu.

Sve te lutajuće planete bi imale potrebe za aktivnim pokrovom koji bi održavao ispuštenu geotermalnu toplotu. Osnovna uloga te toplote je održavanje makar dela vode u tečnom stanju. Ako se ovo ispuni, onda potreba za suncem kao izvorom toplote više ne postoji.

Ovde negde, teorija o lutajućim planatama, na kojima se razvija život, završava. Ostaje, i dalje, da se opišu i istraže mnoge nepoznate, kao što je sam proces sprovođenja i konvertovanja toplote. Potencijal ovih planeta leži i u činjenici da bi one, ako su moguće kao koncept, poslužile kao medijum za širenja života kroz svemir.

Koncept svemirskih brodova je na ovaj način vrlo prevaziđen. Dovoljno je pokrenuti planetu sa njene putanje i.. ko zna gde možeš završiti za milion godina? Ekonomski gledano, vrlo isplativo. Svi resursi koji bi bili potrošeni za svemirske letilice bi ostali na planeti za neke druge potrebe.

Za kraj, Abbot i Switzer ističu da je moguće videti ovakve planete sa današnjim teleskopima. Samo treba da ih potražimo u našem svemirskom komšiluku…

Za one koji žele da znaju više: Toplo preporučujemo da se pročita knjiga Odiseja u svemiru 2010, koju je napisao Sir Artur Klark (Arthur Clarck). Ideja o tuđinskom svetu koji je vrvi od života ispod debelog pokrova leda je dosta dobro opisana.