Zvezde zbližavaju atome

Zvezde “beli patuljci” poseduju izuzetno jako polje koje može naterati atome da formiraju nove modove povezivanja. Izvor: NASA/ESA/H. Bond (STScI)/M. Barstow (Univ. Leicester)

Prema poslednjim istraživanjima magnetizam možda krije tajnu koju do sada nismo znali – posebnu i jaku veza između atoma. Kompjuterske simulacije upućuju na mogućnost postojanja jake hemijske veze koja se indukuje u jakim magnetim poljima zvezda. Ako postoji mogućnost da se ovaj efekat sprovede u laobratorijiskim uslovima, onda „magnetna materija“ može biti iskorišćena za proizvodjnu kvantnih kompjutera.

Hemičari razilikuju dva različita tipa hemijske veze: jonska veza i kovalentna veza. Jonska veza nastaje polarizovanjem atoma, i samim tim, stvarju se uslovi za privlačenje, a kovalentna uspostavlja zajedničko vlasništvo atoma nad parom elektrona.

Međutim, Trajgve Helgaker (Trygve Helgaker), kvantni hemičar sa univerziteta u Oslu je zajedno sa svojim kolegama slučajno otrkio treći tip veze kada su simulirali ponašanje atoma unutar magnetnog polja jačine 105 Tesla. To je snaga 10000 puta veća nego što bilo ko može da proizvede na Zemlji.

Tim istraživača je ispitivao potencijalnu distorziju atoma vodonika u jakom magnetnom polju. Molekul se, u polju, postavio paralelno sa linijama sila, i veza između samih atoma je postala stabilnija i kraća. Jednom od elektrona je emitovana energija, koja bi normalno trebala da ga izbije iz molekula, ali molekuls se samo okrenuo pod impulsom i kao celina ostao i dalje u paralalelnoj poziciji sa linijama sila.

Bez obzira što ceo događaj predstavlja kompjutersku simulaciju, predstavlja značajno otkriće koje može utrti put novim pravcima istraživanja. Rad koji detaljno objašanjava uslove eksperimenta je objavljen u časopisu  Science.

Veštački list, prava fotosinteza?

Veštačka fotosinteza je u suštini simulacija (ali sa idejom da bude praktična) procesa koji se dešava u bilo kom listu na drvetu. Sam proces je dobijanje korisne energije koristeći prirodne sirovine: sunčevu svetlost, vodu i ugljen dioskid (CO2). Naučnici koji  se bave energetikom i hemijom, već duže vreme pokušavaju da osmisle neorgansku kopiju lista i samim tim obezbede novi izvor energije.

Do sada, neki od pokušaja su pokazali prosečene rezultate, ali istraživači iz MIT laboratorije tvrde da su napravili veštački list. Materijali koji su sastavni deo ovog specijalnog lista su u stabilnom stanju (za razliku od prošlih eksperimenata), ali preostao je jedan značajan problem da se reši – efikasnost uređaja. Međutim, to nije obeshrabrilo kompaniju Panasonic, da objavi vest da će ova kopanija investirati u tehnologiju vešatčke fotosinteze. Ugljen diokosid i svetlost će biti pretvarani u korisne hemikalije. Samo treba dodati vodu.

Konstrukcija veštačkog lista: 1 Oksidacija vode svetlosnom energijom, 2. Redukcija ugljen dioksida, 3. Ugljen dioksid, 4. Voda, 5. Kiseonik, 6. Izvor svetlosti, 7. Nitridni poluprovodnik, 8. Metalni katalizator, 9. Mravlja kiselina

Proces podrazumeva dve faze. Nitridni poluprovodnik pretvara sunčevu svetlost u tok elektrona koji razlaže vodu na njene sastojke: vodonik (H) i kiseonik (O). Sledeća reakcija pretvara ugljen dioksid (CO2) i vodonik (H) u metansku kiselinu (mravlja kiselina – CH2O2) putem metalne katalize. Pomenuta kiselina se široko koristi u proizvodnji tekstila i za očuvanje prehrambenih proizvoda (prisutna je u pčelama i otrovu mrava).

Efikasnost procesa se meri promilima, tačnije 2 stota dela. Zbog toga, tehnološki proces nije komercijalno isplativ, još. Kompanija Panasonic je već predstavila novu tehnologiju na konferenciji koja se bavi procesima fotokonverzije i skladištanje sunčeve energije.

Inekcija kao privremeno rešenje za slepilo

Inekcija posebne supstance, ubačena direktno u oči, može vratiti vid kod slepih miševa (ne kod ljiljka – njima ni ne treba bolje). Ovo dostignuće može dovesti do terapije koja može pomoći ljudima koji su u nekom trenutku izgubili vid. Barem tako kaže jedna od skorašnjih studija. Istraživači koji su otkrili hemijsku smešu nastavljaju istaživanje, kako bi ostvarili napredniju verziju, namenjenu ljudskoj upotrebi.

Dva najveća uzroka slepila su retintis pigmentosa (genetička bolest) i postepena degradacija, kao posledica starenja. Obe pojave karakteriše oštećenje ćelija mrežnjače oka (štapićaste ćelije). Na taj način oko gubi svoje fotoreceptivne ćelije. Postoje terapije za lečenje takvih simptoma, koje se fokusiraju na obnavljanju funkcija mrežnjače. Neki od pristupa su ubacivanje matičnih ćelija u oko, implantacija smeša koje su osetljive na svetlost – uz pomoć virusa, kao i ugradanja električnih uređaja i veštačkih mrežanjča. Sada, hemikalija nazvana AAQ može učiniti da oštećene ćelije postanu ponovo osetljive na svetlost, i nije potrebna druga supstanca ili prisustvo matičnih ćelija.

Ričard Kramer (Richard Kramer), profesor molekularne biologije i citologije sa univerziteta u Kaliforniji (Barkli) je sa svojim timom izabrao AAQ, jer se ponaša kao specifični fotoprekidač, sposoban da uzbudi neurone u prisustvu svetlosti. Vezuje se za jone kalijuma (K) na površini ćelija i kada je hemikalija izložena svetlosti, ona menja tok jona. Ovaj protok jona aktivira neurone. Kramer i koautor rada, Dirk Trauner (Dirk Trauner), hemičar sa univerziteta u Minhenu su bili prvi koji su sintentizovali AAQ pre nekoliko godina.

U ovom eksperimentu, tim je radio na miševima koji su bili genetički modifikovani, na taj način da bi štapićaste ćelije u njihovim očima jednostavno izumrele posle nekoliko meseci od rođenja. Kada su miševi primili inekciju supstance AAQ oni bi se sklonili od svetla i njihove zenice bi kontrahovale, što ukazuje da je njihov mozak primio svetlosne signale, tvrde istraživači.

Slep i onaj ko vidi: mišije oko na levoj strani ne reaguje na svetlost; na desnoj strani je oko koje prima svetlosne signale

U posebnoj studiji objavljenoj u istom žurnalu gde i prva studija, naučnici su pokazali da genetička terapija može povratiti sluh kod gluvih miševa. To je prvi put da je genetička (nasledna) gluvoća kod miševa uspešno tretirana. Naravno, to predstavlja novu polaznu tačku u medicinskim istraživanjima koja bi pomogla gluvim ljudima.

Međutim, ključni napredak u studiji koja se bavi slepilom jeste činjnica da nema učešća spoljnih gena. Nema potreba ni za matičnim ćelijama ili virusima – AAQ radi sam ceo posao, i to je relativno jednostavna hemikalija, pa se može koristiti uporedo sa drugim terapijama. Postoji mana – efekat hemikalije iščezava u periodu od nekoliko dana, kažu istraùivači. Neki smatraju da bi periodično davanje inekcija prestavljalo manje invazivan pristup prilikom rešavanja problema vida kod ljudi sa gubitkom istog. Rad koji detaljno objašnjava eksperiment se pojavio u čaospisu Neuron.

Efikasnije skupljanje nafte sa morske površine

Kada se desi izlivanje velike količine nafte u more ili okean, često se pribegava rešenjima koja podrazumevaju mehaničko skupljanje, isisavanje iz vode. Jedan tim istraživača je posegnuo za hemijom da bi našli bolje i praktičnije rešenje. Konkretno, oni razmatraju supstancu posebnog tipa, emulsifajer ili supstancu koja u određenim uslovima pravi emulziju ciljanih supstanci. Projektovani molekul omogućava vodi i ulju da se mešaju. Sem toga, reaguje i na magnetnu silu.

Ime tog molekula je magnetni surfaktant, i u stanju je da optoči naftu u smesi nafte i vode. Hidrofilni polovi na krajevima ove supstance (molekula) se drže za mešavinu. Posle toga, mehaničko skupljanje se obavlja magnetima. U idealnoj situaciji, pomenutu smesu ubacite u naftnu mrlju na površini mora, sačekate da se sve tri supstance pomešaju, i na kraju pokupite dobijenu smešu koristeći magnetno polje.

Istraživači se nadaju da bi ova tehnologija mogla imati primenu u drugim oblastima.  Sličan metod bi se mogao primeniti u medicini. Na primer, metod može biti koristan, kada doktori žele da primene tretman u određenom delu u organizmu, bez bojazni da će lek zalutati na drugu stranu i potencijalno proizvesti neželjene propratne pojave.

Naftni magnet. Izvor: Univerzitet iz Bristola

Personalni „mišiji“ model – mali „avatari“ u borbi protiv raka

Avatar – Prema hinduizmu ovaj pojam je izveden od staro indijskog pojma avatara što znači silazak i upućuje na božansku manifestaciju ili inkarnaciju na zemlji.Model personalizovanog miša je u suštini jedna od najboljih paradigmi varijanti ovog starog religijskog koncepta, s tom malom razlikom, što nema veze sa religijom. U prvom planu je medicina i zdravlje čoveka.

Slobodno rečeno, mišiji „avatari“ bi mogli u budućnosti da omoguće lekarima da nađu najefikasnije rešenje za borbu protiv raka, pre nego što ga primene na samom pacijentu. Barem tako tvrde istraživači koji su se skupili na godišnjem skupu organizacije HUGO (Human Genome Organisation) u Australiji tokom druge polovine marta meseca ove godine.

„Korišćenjem personalizovanih avatara bi omogućilo da probamo različite kombinacije lekova i da napravimo i ispravimo greške pre nego što ih primenimo u kliničkoj praksi“, kaže Edison Liu (Edison Liu), predsednik HUGO organizacije i vođa laboratorije Jackson Laboratory iz Bar Harbora u Mejnu. „To je smer istraživanja koji mnoge istraživačke grupe, trenutno, prate.“

Pojam „Avatara“ se koristi u neformalnoj komunikaciji među istraživačima. Pojam podrazumeva korišćenje miša ili neke druge životinje u istraživanju koje će omogućiti nalaženja leka za konkretnog pacijenta. Pacijentu koji poseduje tumor, deo tog tkiva bi se odstranio i nakalemio na životinju. Tako bi se stvorio personalni model raka pacijenta koji se ne nalazi na samom pacijentu. Tako postavljen model bi postao „ogledno polje“ na kome bi se isprobali lekovi, koji bi mogli da izleče specifičan tumor.

Ideja ovog pristupa je jednostavna – rak koji se pojavljuje kod pacijenta je uvek specifičan i pomalo modifikovan, jer je nastao od tkiva samog pacijenta. Zbog toga, medicinari imaju pred sobom uvek drugačiju bolest da leče i ako su do sada imali posla sa mnogo primera raka pluća, na primer. Zbog toga ni jedan rak (tumor) nije isti i nije teško pretpostaviti da se lečenje mora prilagoditi svakom pacijentu posebno. Tretiranje pacijenta ne isprobanim kombinacijama lekova, gde se ne može predvideti konačan rezultat terapije predstavlja, u najmanju ruku, kockanje sa životom tog istog pacijenta. Kako je neophodno da se eliminiše tkivo tumora, a da se ne ošteti sve ostalo, bilo bi dobro onda imati njegov uzorak van pacijenta i probati razne metode lečenja. Na taj način je nastao koncept personalizovanog avatara. Da, jeste okrutno kao što zvuči, ali mali avatar će preuzeti sav rizik tretiranja raznim lekovima, sve dok se ne nađe prava kombinacija. Za to vreme pacijent može biti u bolnici pod sredstvima koja samo sprečavaju dalje napredovanje tumora, sa minimalnim rizikom za komplikovanje, već nezgodne, situacije.

U jednom primeru ovog pristupa istraživač Šin Grimond (Sean Grimmond) sa univerziteta Queensland iz Brizbena, zajedno sa svojim kolegama (Australian Pancreatic Cancer Genome Initiative) analizirali su uzorak pankreasa da bi identifikovali mutaciju koja bi ga učinila podložnim određenim lekovima. Zbog toga, oni su napravili personalni mišiji model, tako što su metodom ksenotransplantacije premestili deo pacijentovog tumora na miša sa oslabljenim imunim sistemom (imonodeficiencija). To im je omogućilo da testiraju reakciju tumora na lek mitomicin C, koji je prema početnim analizama mogao biti efikasan u tretiranju raka. Nastavak priče je pomalo ironičan. Istraživači su objavili, u svom izveštaju na godišnjem okupljanju, da je se tumor pod dejstvom leka smanjio, ali dok čekao ishod, pacijent je preminuo.

Bez obzira na ovaj polovičan uspeh (ili neuspeh), istraživači misle da bi ovakav pristup u lečenju mogao dati dobre rezultate, u budućnosti. Za sada, manje od 5% ljudi sa rakom pankreasa u SAD preživi više od 5 godina. Uobičajeni tretman, lekom gemcitabine, produžava život pacijenta do godinu dana.

„Idealna situacija bi bila da se istraživanje prirode raka počne u najranijoj fazi, jer dok rak postane otporan na standardne tretmane, lekari mogu da sprovedu dovoljno testova i da nađu odgovarajući lek“, kaže onkolog Manuel Hidalgo (Manuel Hidalgo) sa španskog nacionalnog centra za istraživanje raka u Madridu. On u svojoj kliničkoj praksi koristi, takođe, ksenograftski (xenograft) model u tretiranju raka pankreasa.

Grimondov tim, koji je deo organizacije ICGC (International Cancer Genome Consortium) je otkrio veliki opseg mutacija analiziranjem genoma od preko 100 ljudskih tumora pankreasa. Potpomognut rezultatima prethodnih genomskih analiza ovog tumora, tim je uočio nekoliko gena koji su važni za rast i razvoj nervnih ćelija. Ovaj rezultat je u saglasnosti sa prethodnim istaživanjima, što sugeriše da proteini koje kodiraju geni koji aksone (akson – nervno vlakno) vode do njihovog odredišta mogu biti dobra meta za lekove protiv raka. „Zanimljiva je pomisao da ova spoznaja može dati nagoveštaj kako je rak pankreasa dobar u napadanju nerava, što prouzrokuje velike bolove kod pacijenta“, kaže Grimond.

„Ova strategija je posebno pogodna kada su u pitanju heterogenomski tumori kao što je rak pankreasa“. kaže Andriju Biankin (Andrew Biankin), vođa Garvin instituta u Sidneju (Asutralija) koji se bavi istraživanjem ovog tumora. On je, takođe, vodeći saradnik u projektu koji vodi ICGC. Za takve tumore, kombinacija lekova koja napada više meta unutar zloćudnog tkiva ima veće šanse da bude efikasna, nego jedan velika teška terapija koja napada samo jednu tačku, tvrdi Biankin.

„Ovo može pomoći da se uštede velike količine lekova koje bi inače bile iskorišćene (da ne kažemo bačene) zbog sporog reagovanja prilikom kliničkih proba.“, kaže Biankin. On će predvoditi australiski klinički test pod imenom IMPACT, koji će proširiti postojeću studiju tako što će uvrstiti još pacijenata sa rakom pankreasa. Trenutno, mnoga klinička istraživanja i testovi koji se bave ispitivanjem raka se završavaju vrlo brzo, jer premali broj pacijenata reaguje na lekove. Međutim, u budućnosti, mišiji „avatari“ bi mogli biti prvi koji bi identifikovali podgrupe pacijenata kod koji bi određeni lek dao rezultate – i tako bi se broj pacijenata koji reaguju na lekove povećao.

Sve ovo, zahteva promenu kliničkog ustrojstva svesti, kaže Hidalgo. „Naši sistem kliničkog testiranja nisu skrojeni da potvrde korišćenje lekova na osnovu malih ispitnih grupa“, kaže on, „Da bi lek bio odobren zahteva se nasumično testiranje na velikom broju pacijenata, i zbog toga je potrebno da se promeni viđenje kontrolnih agencija koje prate probe i na osnovu toga daju svoja odobrenja za primenu lekova“.

Da li bi ste ugrozili njegov život da biste spasili svoj?

Živi bili, pa videli…