Naučnici iskoristili 3D štampanje kako bi napravili prvo veštačko uvo

Naučnici su iskoristili tehnologiju 3D štampanja kako bi napravili prvo veštalko uvo, sposobno da prima radio talase.

Naučnici su iskoristili tehnologiju 3D štampanja kako bi napravili prvo veštalko uvo, sposobno da prima radio talase.

Primarni cilj istraživača je bio da se istraže efikasna i promenljiva sredstva kod spajanja elektronike i tkiva. Naučnici su koristili 3D štampanje ćelija i nanodelova, praćeno ćelijskim razvijanjem, kako bi razvili malu kolutastu antenu sa hrskavicom. I tako je nastalo veštačko uvo.

“Generalno, postoje mehaničke i toplotne prepreke kada spajate električne materijale sa biološkim”, izjavio je Majkl Mekalpin (Michael McAlpine), asistent za mehaničko i aero-kosmičko inženjerstvo na Prinston univerzitetu. “Prethodno, naučnici su predložili pojedine strategije da se sašiju elektronički delovi kako bi spajanje bilo manje čudno. To se obično dešava između 2D ploče elektroničkih delova i podloge od tkiva. Ipak, naš posao je zahtevao drugačiji pristup – da napravimo i razvijemo biologiju zajedno sa elektronikom sinergetski i u 3D preplitajućem formatu”.

Mekalpinov tim je napravio nekoliko podstreka, prethodnih godina istraživanja, spajanjem malih senzora i antena. Prošle godine, istraživanje vođeno Mekalpinom i Naven Vermom (Naveen Verma), asistentom za elektroinženjerstvo, uz pomoć Fio Omeneta (Fio Omenetto) sa Tufts univerziteta, rezultiralo je razvojem tetovaže napravljene od bioloških senzora i antene koji se mogu prikačiti na površinu zuba. Ovaj projekat je njihov prvi napor da naprave potpuno funkcionalan organ koji ne samo da replikuje ljudske sposobnosti, već ih unapređuje koristeći ugrađenu elektroniku.

Tetovaža napravljena od bioloških senzora i antena koja se stavlja na zub. Delo naučnika sa Tufts univerziteta.

Tetovaža napravljena od bioloških senzora i antena koja se stavlja na zub. Delo naučnika sa Tufts univerziteta.

“Dizajn i implementacija bioloških organa i uređaja koji unapređuju ljudske sposobnosti, poznati kao cybernetics, deo su nauke koja sve više privlači pažnju naučnicima”, istraživači su napisali u članku koji se pojavljuje u školskom časopisu Nano Letters. “Ovo područije ima potencijal da generiše kastumizirane replike delova za ljudsko telo, ili čak da napravi organe koji imaju sposobnost izvan ljudskih mogućnosti”. Standardna istraživanja tkiva uključuju “sejanje” ljudskih ćelija, kao što su ćelije koje formiraju ušnu hrskavicu, i posle izgradnju polimerskog materijala koji se zove hidrogel. Međutim, naučnici tvrde da ova tehnika ima problema kod zamenjivanja komplikovanih trodimenzionalnih bioloških struktura. “Rekonstrukcija uveta ostaje jedan od najproblematičnijih plastičnih operacija”, izjavili su. Kako bi se rešio problem, tim se okrenuo proizvodnji, tačnije 3D štampanju. Ovi štampači koriste kompjuterizovan dizajn kako bi zamislili objekte od nizova tankih kriški. Štampač onda skladišti naslage različitih materijala, počev od plastičnih ćelija, kako bi napravio finalni proizvod. Predlagački kažu da ovakva proizvodnja obećava pravu revoluciju domaće industrije, dopuštajući malim timovima ili pojedincima, da naprave proizvod za koji bi prethodne bile neophodne čitave fabrike.

Praveći organe uz pomoć 3D štampača je skori napredak. Nekoliko grupa izjavilo je da su koristili ovakvu tehnologiju za sličnu upotrebu u proteklih par meseci. Ali ovo je prvi put da su naučnici demonstrirali da je 3D tehnologija pogodna strategija za mešanje tkiva i elektronike. Tehnika je omogućila naučnicima da pomešaju električnu antenu sa tkivom unutar veoma kompleksno građenog ljudskog uveta. Oni su prvo upotrebili 3D štampač da kombinuju kalup od hidrogela i kožnih ćelija zajedno sa srebrnim nanodelovima antene. Kožne ćelije su se kasnije razvile u hrskavicu.

3D štampač koji se koristi za izradu gotovih proizvoda.

3D štampač koji se koristi za izradu gotovih proizvoda.

Manu Manor (Manu Mannoor), diplomirani student u Mekalpinoj laboratoriji, rekao je da ovakav vid proizvodnje otvara vrata novim načinima da mislimo o integraciji električnih delova i biloških tkiva, i otvara mogućnost da napravimo pravi biološki organ koji će funkcionisati. On je dodao da je moguće integrisati senzore različitih bioloških tkiva kako bi se, na primer, pratio napon u pacijentovom menikusu. Dejvid Garsias (David Garcias), profesor kod Johns Hopkins univerziteta, izjavio je da premošćavanje jaza između biologije i elektronike, predstavlja znatan izazov koji moramo savladati kako bismo omogućili stvaranje pametnih proteza i implanata. “Biološke strukture su mekane I gnjecav, napravljene većinom od vode i organskih molekula, dok konvencionalni električni delovi su teški i suvi, napravljeni većinom od metala, poluprovodnika i neorganskih delova. Razlike u fizičkom i hemijskom sastavu ove dve vrste materijala ne bi mogle biti izraženije”, dodao je.

Gotovo uvo napravljeno je od navojne antene unutar hrskavične strukture. Dve žice, vode se od baze uveta i navijaju oko spiralnog puža (kohlea) – dela uveta koji ima ulogu da prepozna zvuk, koji može da se spoji sa elektrodama. Iako Mekalpin upozorava da bi trebalo proširiti testiranje pre nego što se tehnologija iskoristi na pacijentu, Garsias kaže da ovaj proizvod u principu može odmah da se iskoristi za zamenu ili unapređenje ljudskog sluha. On je dodao da električni signali proizvedeni od strane uveta mogu da se spoje sa pacijentovim nervnim završetcima. Trenutni sistem prima radio talase, ali on je rekao da istraživački tim planira da doda i druge materijale, kao na primer električne senzore osetljive na pritisak, koji bi omogućili uvetu da registruje akustične zvukove.

Pored Mekalpina, Verma, Manora i Garcijasa, istraživački tim je obuhvatao i: Vinstona Sobahejo (Winston Sobayejo), profesora na mehaničkom i aero-kosmičkom inženjerstvu na Prinstonu, Karen Malatesta, studenta molekularne biologije na Prinstonu, Jong Lin Konga (Yong Lin Kong), diplomiranog studenta na mehaničkom i aero-kosmičkom inđenjerstvu na Prinstonu i Tinu James (Teena James), diplomirani student na hemijskom i biomolekularnom inženjerstvu na John Hopkins.

Tim je takođe imao i Ziven Jianga (Ziwen Jiang), srednjoškolca iz Pedi škole u Hajctaunu (Peddie School in Hightstown), koji je bio deo naprednog programa za mlade istraživače Mekalpine laboratorije.
Ziven Jiang je jedan od najspektakularnijih srednjoškolaca koga sam ikada video”, izjavio je Mekalpin. “Ovaj projekat ne bismo uspeli da završimo da nije bilo njega, naročito njegovog znanja u CAD dizajniranju biološkog uveta”.

Takmičenje za najboljeg fotografa prirode za 2013. godinu

Gallery

This gallery contains 14 photos.

Nekoliko fotografija našlo se u finalu takmičenja za Nature Photographer of the Year 2013 (Najboljeg fotografa prirode za 2013. godinu), koje organizuje Society of German Nature Photographers (Drustvo nemačkih fotografa sveta prirode). Slike su bile podeljene u nekoliko kategorija: sisari, … Continue reading

Link dana – Biljke imaju svoj odgovor na globalno zagrevanje

Prema istraživanju koje je sproveo institut za primenjunu sistemsku analizu (IIASA), sa povećavanjem temeprature, biljke ispuštaju gasove koji potpomažu formiranje oblaka i hlađenje atmosfere.

© Veronika Markova | Dreamstime.com

Nova studija, koja je obajvljena u časopisu Nature Geoscience, identifikuje negativnu povratnu petlju pri kojoj povišene temperature dovode do povećane koncentracije prirodnih aerosolova, koji svojim prisustvom u atmosferi proizvode efekat hlađenja.

“Biljke, svojim reagovanjem na promenu temeprature, takođe utiču na tu promenu” tvrdi IIASA istraživač i profesor sa univerziteta u Helsinkiju (Finska) Pauli Pasenson (Pauli Paasonen), inače vodeći u pomenutom istraživanju.

IIASA

Kako ćemo izumreti?

Da li će ljudi sami sebe uništiti?

Koje su to najveće globalne opasnosti po ljude? Da li smo na granici da sami sebi presudimo?

Internacionalni tm naučnika, matematičara i filozofa sa Instituta za ljudsku budućnost na Oksfor univerzitetu (Oxfrord University’s Future of Humanity Institute) istražuje najveće pretnje po ljudsku populaciju. U članku “Egzistencijalan rizik kao globalni prioritet”, raspravljali su o tome kako bi internacionalni političari, tačnije svetkse vođe, trebalo da ozbiljno povedu računa kada je reč o riziku izumiranja ljudkse vrste.

Prošle godine bilo je više akademskih člankaka o snowboarding-u nego o ljudskom izumiranju.

Švedski direktor instituta, Nik Bostrom (Nick Bostorm), izjavio je koliko je bitno da povedemo računa o nekim stvarima, jer možda ne dočekamo sledeći vek.

Mnogo toga smo prošli, a opet smo preživeli…
Dakle koje su to onda najveće pretnje?

Prvo par dobrih vesti. Pandemije i prirodne katastrofe mogu nam naneti katastrofalne gubitke, ali Bostrom veruje da bismo ih najverovatnije preživeli. Kao vrsta, već smo proživeli nekoliko hiljada godina bolesti, gladovanja, poplava, predatora, proganjanja, zemljotresa i prirodnih promena. Tako da su šanse na našoj strani. Takođe, veoma su male šanse da nestanemo od posledice udara asteroida ili erupcije super vulkana.

Procenjuje se da 99% vrsta koje su ikada postojale su do sada izumrle.

Procenjuje se da 99% vrsta koje su ikada postojale su do sada izumrle.

Čak i gubitci u 20. veku tokom dva velika rata, kao i čuvena epidemija gripa u Španiji, nisu uspeli da zaustave globalizaciju ljudske populacije.
Nuklearni rat bi mogao da nanese užasna razaranja, ali dovoljno pojedinaca bi preživelo tako da bi mogli da omoguće opstanak naše vrste.

Ako su sve ovo bile dobre vesti, čega onda treba da se plašimo?

Bostrom veruje da smo ušli u neku novu vrstu tehnološle ere, koja ima kapacitet da ugrozi našu budućnost kao niko pre. O ovakvim pretnjama nemamo nikakve podatke, ništa što bi nam pomoglo da se snađemo i preživimo.

Gubitak kontrole

U poređenju sa opasnošću kada date detetu oružije u ruke, napredna tehnologija nam polako izmiče iz kontrole i mogućnosti da je obuzdamo.

Eksperimenti u oblastima kao što su sintetička biologija, nanotehnologija i veštačka inteligencija, kreću se ka teritoriji koja je neistražena i nepredvidiva.

Sintetička biologija, gde biologija susreće inženjerstvo, obećava velike medicinske benefite. Ali Bostrom je zabrinut za nepredviđene posledice u manipulaciji granica ljudske biologije.

Nanotehnologija, koja radi na molekularnom ili atomskom nivou, bi takođe mogla postati veoma destruktivna ako se bude koristila u ratovima. Bostrom je napisao da će buduće vlade imati glavni izaziov kada je reč o kontrolisanju i ograničavanju zloupotreba. Podjednako, postoji strah i kod veštačke inteligencije, kako će ona u budućnosti reagovati na spoljni svet.

Takva “kompjuterska inteligencija” mogla bi biti jak instument u industriji, medicini, poloprivredi ili upravljanju ekonomijom. Ali takođe bi mogla biti nešto sasvim drugačije ako izmakne kontroli.

Spontane posledice
Ovo nisu nagađanja već činjenice.

Šon o Hegertah (Sean O’Heigeartaigh), genetičar pri institutu, povlači analogiju sa algoritmima korišćenim u automatskom trgovanju na berzama.

Ove matematičke veze mogu imati direktne i destruktivne posledice po “prave” ekonomije i “prave” ljude. Takvi kompjuterski sistemi mogu manipulisati stvarnim svetom, dodaje Hegerrah, koji je studirao molekularnu evoluciju na Triniti koledžu u Dablinu (Molecular evolution at Trinity College Dublin).

On se brine o pogrešno vođenim dobrim namerama kada je reč o rizicima u biološkom ispitivanju kao što su eksperimenti na genetskim modifikacijama, rasklapanje i ponovno sklapanje genetskih struktura.

Genetski modifikovana hrana je deo bioinženjeringa.

Genetski modifikovana hrana je deo bioinženjeringa.

“Malo je verovatno da bi neko želeo da stvori nešto loše”, dodao je, ali uvek postoji rizik kao i spontane posledice događaja koji bi mogli naškoditi drugim sredinama ukoliko budu prebačeni u iste.

“Mi razvijamo stvari koje bi mogle otići u pogrešnom smeru”, dodao je.

“Sa bilo kojom novom moćnom tehnologijom, moramo prvo veoma dobro razmisliti šta znamo o njoj – ali bi možda bilo znatno bitnije razmisliti o tome šta zapravo ne znamo o njoj”

Lančana reakcija

Ova grupa naučnika priča o kompjuterima koji su sposobni da naprave daleko naprednije i jače kompjutere. Neće se desiti da ove mašine odjednom razviju smisao za sarkazam i loše ponašanje, ali istraživač Daniel Divej (Daniel Dewey) govori o “eksploziji inteligencije” gde ubrzano širenje kompjuterske moći postaje sve manje predvidivo i kontrolisano.

“Veštačka inteligencija je jedna od tehnologija koja stavlja sve veću i veću moć u sve manji prostor”, dodaje Divej, Američki ekspert za veštačku inteligenciju koji je prethodno radio za Gugl (Google).

Koliko smo zapravo daleko od ovakvih stvari?

Koliko smo zapravo daleko od ovakvih stvari?

Zajedno sa bio i nano tehnologijom možete uraditi nezamislive stvari koje bi sa veoma malo resursa imale uticaja na ceo svet. Oksfordski institut za budućnost čovečanstva je deo trenda koji fokusira naučnike da se pozabave ovim pitanjima. Institut je pokrenut od strane Oksfrodske Martin Škole (Oxford Martin School), i ona povezuje akademike iz različitih oblasti sa ciljem da odgovore na ovakve globalne promene.

Sličnu ambiciiju imaju i na Kembridž univerzitetu (Cambridge University) da ispitaju ovakve opasnosti po ljudski opstanak.

Lord Ris (Lord Rees), astronom kraljevskog porekla i bivši predsednik kreljevskog udruženja, podržava planove za istraživanje egzistencijalnog rizika.
“Ovo je prvi vek gde se ljudi susreću sa pretnjom od njih samih”, dodao je Lord Ris.
Izjavio je da dok mi brinemo o neposrednim individualnim rizicima, kao što su putovanje avionom ili brizi o hrani, izgleda da imamo problem kod prepoznavanja mnogo većih pretnji.

Zabluda ili strah

Lord Ris takođe podseća na posledice sintetičke biologije.

“Sa svakom novom tehnologijom dobijamo mnogo, ali takođe dobijamo i rizik”, izjavio je. Proizvodnja novih organizama za poljoprivredu i medicini mogli bi imati nepredvidive, ekološke, propratne efekte, dodao je. “Pitanje je samo mere. Nalazimo se u mnogo povezanijem svetu, sa olakšanim transportom, gde se vesti i glasine šire brzinom svetlosti. Samim tim posledice zabluda ili strahova su mnogo veće nego u prošlosti”.

Lord Ris zajedno sa filozofom sa Kembridž univerziteta Hju Prajsom (Huw Price) i ekonomistom Partom Dazguptom (Partha Dasguptha) i Skajp (Skype) osnivačem Janom Talinom (Jaan Tallinn), želi da ponudi centru za studije o egzistencijalnom riziku da procene ove pretnje.

Dakle, da li treba da budemo zabrinuti?

Bostrom kaže da postoji pukotina između brzine tehnološkog razvoja i našeg razumevanja i primene te tehnologije. “Imamo odgovornost kao deca, nasuprot tehnoloških kapaciteta odraslih osoba”, dodao je. Na kraju, rizik od opasnosti nije nam na radaru, ali promene nam dolaze, bili mi spremni ili ne”.

Može se desiti da dođe do katastrofičnog kraja ili da se transformišemo u nešto mnogo jače i razvijenije, preuzimajući mnogo veću kontrolu nad našom biologijom.

“Nije naučna fantastika ili religijsko načelo, niti konverzacija u sitne sate u kafani. Ovo jednostavno moramo da shvatimo ozbiljno”.

Neuspeh poslednjeg testiranja HIV vakcine: Veliko razočarenje

Sastav ljudskog imunodeficitarnog virusa (HIV)

Sastav ljudskog imunodeficitarnog virusa (HIV)

Najveće do sada istraživanje na AIDS vakcini, koje je obuhvatalo 2.500 ljudi, je prekinuto.

Kada je komitet za nadzor ovog istraživanja pogledao dosadašnje rezultate, prošle nedelje, uvideli su da vakcina, ipak, ne sprečava širenje HIV infekcije niti suzbija virus kod ljudi koji su bili vakcinisani.

Tako da su prekinuli sa istraživanjem, čije ime je bilo HVTN-505.

„Bilo je to ogromno razočarenje“, izjavio je vodeći na ovom istraživanju,  doktor Skot Hamer (Dr. Scott Hammer), kojo je saznao za loše vesti prošlog ponedeljka.

Kako Hamer kaže, ova vest je mnogo više poražavajuća zbog prošlomesečnog istraživanja „19-city study“ (istraživanje sprovedeno u 19 gradova), koje je uspešno završeno.

„Ovo je veoma traumatičan događaj, da uložite ovoliki trud i da na kraju zaustavite istraživanje“, dodao je Hamer. On je glavni na odeljenju za infektivne bolesti na Univerzitetu Kolumbija, fakultet za doktore i hirurge (Columbia University College of Phyisicians and Surgeons) i glavni istraživač AIDS virusa koji se bori protiv istog još od kada je pandemija počela.

Dobrovoljnim učesnicima je rečeno da neće biti novih istraživanja. Oni će biti praćeni narednih 5 godina kako bi se sakupilo što je više moguće podataka o delovanju vakcine. Ceo projekat koštao je 77 miliona dolara, koji je finansirala država.

Ovo je novi neuspeh u pronalaženju vakcine, koja bi jednog dana mogla da spreči širenje HIV infekcije, ili ga bar oslabiti u dovoljnoj meri kako bi se umanjio rizik od umiranja.

Jedini uspeh do sada, kada je reč o AIDS istraživanju, je studija koja je obuhvatila 16.000 dobrovoljaca na Tajlandu. Objavljena krajem 2009. godine, pokazala je slabljenje HIV infekcije, ali samo za 31 procenat – nedovoljno da bi se uvrstio kao javni lek za borbu protiv virusa, ali ipak dovoljno da bi ohrabrilo naučnike za dalje istraživanje.

Ipak, najveću nadu koju su polagali u ovo poslednje istraživanje, obeshrabruju upravo ovi podaci: među onima koji su učestvovali u ovom istraživanju koji su dobili vakcinu, 41 osoba se inficirala HIV-om, u pređenju sa 30 njih koji su dobili placebo efekat.

To ne mora da znači da je vakcina zapravo povećala rizik kod ljudi od HIV infekcije, jer razlike, statistički gledano, nisu merodavne. Ali Hamer potvrđuje tu mogućnost.

„Jasno se vidi da vakcina nije odradila svoje, i u neku ruku može se reći da je povećala rizik – ali ne možemo sa sigurnošću da tvrdimo to“, dodaje Hamer. „Glavna poruka je da oni nisu bili zaštićeni“.

To će možda prekinuti upotrebu oslabljenog virusa, Ad5, koji se koristi kao vektor – sredstvo koji nosi posebno odabrane gene HIV-a koji se koristio kao deo komplikovane četvoroslojne vakcine. Moguća riskantnost od korišćenja Ad5 vektora povećana je prilikom prošlog testiranja HIV vakcine, zvano STEP, još u 2007. godini. To istraživanje je trajno obustavljeno zbog dokaza da su oni koji su primili vakcinu imali veći rizik da se zaraze HIV-om.

Virus Ad5 napada HIV

Virus Ad5 napada HIV

Naučnici na HVTN-505 istraživanju, nadali su se da će izbeći taj problem tako što su pozvali one ljude za koje se znalo da nisu bili ranije izloženi Ad5 virusom. Ustanovili su da bi antitela povezana sa Ad5 virusom mogla da se pomešaju sa vektorom nove vakcine i tako povećaju rizik od HIV infekcije.

Ostala, prethodna istraživanja vakcine za HIV, su obuhvatala korišćenje Ad5 vektora. Ona će biti revalorizirana za dobro novih istraživanja.

„Moj osećaj mi govori da se zavesa spušta na Ad5 vektor“, izjavio je Hamer.

Ono što je još više zastrašujuće je mogućnost da nije vektor taj koji povećava rizik, već bilo koja druga komponenta vakcine koja stimuliše imuno ćelije da napadnu HIV.

Pošto je upravo to ono što vakcine rade, to bi predstavljalo najveći problem i prepreku za dalje istraživanje vakcine protiv AIDS virusa. Još uvek je prerano da tako nešto zaključimo.
Vodeći ljudi na AIDS istraživanju su bili poprilično razočarani neuspehom HVTN-505 studije, ali ne naročito iznenađeni, s obzirom na prethodne pokušaje.

“U mnogo čemu nismo dogurali dalje nego od pre mnogo godina kada smo počinjali“, izjavio je doktor Robert Skuli (Dr. Robert Schooley), sa Univerziteta Kalifornija (University California). “Razumemo mnogo oko toga kako (Hiv zaraženi) ljudi reaguju na virus, ali ne znamo koliko nam je potrebno da znamo o tome kako da neinficirani ljudi čine iste reakcije na virus“, dodao je Skuli.

AVAC, zastupnička grupa koja gura razvoj HIV vakcine, izjavila je da je poslednji neuspeh podsetnik koliko je zapravo teško nparaviti efikasnu AIDS vakcinu.

„Ovo testiranje obezbedilo nam je kratkotrajan odgovor oko specifične strategije koju primenjujemo u razvoju vakcine“, izjavio je Mitčel Varen (Mitchell Warren) iz AVAC-a. „To nije odgovor kojem smo se nadali, ali istraživanje se ne završava ovde“.

Zapravo, istraživanje se nastavlja sa pažljivom analizom podataka koje smo sakupili tokom poslednjeg pokušaja.

Hamer kaže da će naučnici ispitati da li su neki od ljudi koji su dobili vakcinu ipak zaštićeni, i da li je vakcina, ipak, pružila očekivan imunološki odgovor. „Da li je potisnula virus, ali se onda virus izmakao?“ zapitao se Hamer. „Imamo gomilu toga da uradimo kako bismo ispitali ovo do kraja“.

Kako bi pomogli istraživanju, naučnici će pričati sa svih 2.504 volontera koji su primili vakcinu, i tako u narednih nekoliko godina ispratiti njihove odgovore na vakcinu i rizik od HIV infekcije.

Naučnici će udvostručiti svoj trud kako bi volonteri izbegli rizik koji bi mogao da ih izloži HIV virusu, s obzirom na jasne dokaze da vakcina ne može da ih zaštiti, i može da poveća rizik od infekcije.
U međuvremenu, poslednje loše vesti će „baciti senku na istraživanje“ i na to šta raditi dalje, dodaje Hamer.

Šta neće uraditi, dodaje, je to da neće smanjiti napore naučnika da dođu do vakcine koja nam daje solidnu zaštitu protiv višeg stadijuma HIV infekcije.

„To će biti dan za pamćenje“, dodao je Hamer.