Ученые соберут человека из чипов

• 0
• 1
• 2
• 3
• 4
• 5

(голосов: 0)

Ученые соберут человека из чипов

Новая технология, предложенная учеными из Гарвардского университета, позволяет создать модели человеческих органов в виде чипов. Чип имеет все необходимые клетки органа и симулирует его функции. Новинка биомедицинской инженерии предназначена для испытания новых лекарств и позволит отказаться от использования подопытных животных.

Микрочипы созданы из человеческих клеток и тканей. Ученые создали «легкие» из человеческих легочных и капиллярных клеток. Эти клетки поместили между вакуумными каналами, имитирующими движение легких во время дыхания. С помощью этой конструкции ученые в реальном времени видят, как орган реагирует на введение лекарства.

Сейчас ученые работают над тем, чтобы соединить чипы разных органов. Эта структура будет имитировать работу всего человеческого организма.

В клетки человека встроили наночипы

Простейшие образцы чипов способны интегрироваться в биологическую клетку, не нарушая ее естественную работу. Подтверждающий это открытие опыт провели испанские ученые из Национального центра микроэлектроники.

Традиционно при "скрещивании" чипов и клеток электроника подключалась к нейронам при помощи электродов, либо клеточные культуры выращивались непосредственно на поверхности микросхем. Однако экспериментаторы перевернули прежние подходы с ног на голову и поместили чипы внутрь клеток.

В качестве подопытных объектов были использованы клетки микроорганизма Dictyostelium и клетки человека. Материалом для инъекций послужили чипы из поликристаллического кремния поперечником от 1,5 до 3 микрометров и толщиной 0,5 мкм.

При первых опытах процент выживаемости клеток оказался невысок, и было решено применить липофекцию, то есть размещение чужеродного материала при помощи капсулирования в липидном пузырьке. Благодаря такой технологии даже через семь дней после вживления чипов более 90% человеческих клеток оставались вполне жизнеспособны, сообщает MEMBRANA.

Чтобы убедиться, что с целью вставки можно изготавливать и более сложные чипы, авторы поэкспериментировали с интеграцией в "датчики" различных материалов и с построением на их поверхности трехмерных структур при помощи фокусированного ионного луча.

Ранее исследователи проводили эксперименты по внедрению в клетки различных микро- и наночастиц, например с целью доставки лекарств, но кремниевые чипы, созданные при помощи традиционной фотолитографии, обладают рядом преимуществ. В частности, их можно изготавливать с очень высокой точностью, они могут нести толику логических схем и даже микроэлектромеханические компоненты.

http://briansk.ru/tech/v-kletki-cheloveka-vstroili-nanochipy.2010420.232131.html

Клеточный биочип

• 0
• 1
• 2
• 3
• 4
• 5

(голосов: 0)

Клеточный биочип

Группа учёных из американской национальной лаборатории Беркли и университета Калифорнии продемонстрировала первый в мире прибор, являющийся "клеточным" аналогом известных ДНК-чипов, применяющихся в генетических исследованиях.

О том, что такое ДНК-чипы, как они работают и как их изготовляют - мы подробно рассказывали в этом материале. Напомним, эти чипы представляют собой результат скрещивания "микросхемных" технологий (в частности фотолитографии) с приёмами биохимического исследования, пишет sunhome.ru

Теперь учёные решили, что аналогичный чип можно создать и для целых живых клеток. Правда, для этого им пришлось решить задачу присоединения клеток к небиологическим поверхностям.

Как пишут авторы работы в своём пресс-релизе, большинство клеток сами по себе "липкие" и охотно присоединяются к едва ли не любой поверхности. Но не все клетки таковы, некоторые - совершенно не липнут ни к чему.

А ведь учёным ещё нужно было добиться, чтобы на определённые участки чипа налипали (из раствора) клетки лишь строго определённого типа.

Обе задачи (прилипание вообще и прилипание избирательное) в Беркли решили при помощи следующих вещей.

Исследуемый препарат обрабатывали при помощи ряда реактивов так, что к поверхности нужных клеток присоединялись одиночные спирали ДНК (со строго определённой последовательностью букв-оснований). После обработки каждая клетка была покрыта 270 тысячами молекул ДНК. Кстати, такое присоединение было осуществлено впервые.

Таким образом, на поверхности клеток создавались уникальные застёжки-липучки.

Ответные части ДНК (также одиночные спирали), подходящие к первым как ключи к замкам, исследователи разместили на поверхности золотой пластины, которую встроили в микрожидкостный чип.

Пропуская через него раствор, авторы убедились, что только нужные им клетки задерживались на пластине, а остальные уносились потоком. Определить тип клеток теперь можно было простым просмотром чипа - по появившемуся рисунку. Ведь клетки занимали свои позиции, соответствующие коду "ДНК-липучки".

Сейчас команда намерена развить технику для быстрого и массового производства таких чипов. Они могут служить биодатчиками опасных или загрязняющих среду веществ, или, к примеру, пригодятся фармацевтическим компаниями при испытании новых препаратов.

03-04-2016

Наночастицы, разогретые магнитным полем, могут заменить обычные мозговые имплантаты

с электродами и внешними источниками питания.

Многие слышали про методы транскраниальной стимуляции мозга, когда на ту или иную зону коры полушарий без какого-либо хирургического вмешательства воздействуют магнитным полем или слабым электрическим током. В прошлом году в Science была опубликована статья, где говорилось, что с помощью внешнего магнитного поля можно улучшить память, а в 2013 году исследователи из Университета Бен-Гуриона сумели с его помощью избавить нескольких курильщиков от их вредной привычки – по крайней мере, на полгода.

Наночастицы из оксида железа на поверхности клетки. (Фото Empa Pictures / Flickr.com.)

Но чисто транскраниальные методы не отличаются высокой специфичностью. С другой стороны, существуют инвазивные способы, когда мы имплантируем в мозг электроды, которые избирательно действуют на определённые группы клеток. С помощью таких электродов можно, к примеру, подавить мышечный тремор у больных синдромом Паркинсона, однако неудобства такого метода очевидны: хирургическое вмешательство плюс необходимость внешнего источника питания.

Полина Аникеева из Массачусетского технологического института и сотрудники её лаборатории разработали остроумный метод, который позволяет обойтись без постоянного мозгового имплантата и при этом обеспечивает специфичность стимуляции. Суть его в том, что в мозг вводятся наночастицы из оксида железа, которые не несут никаких лекарств, однако могут нагреваться в магнитном поле. Нагревшись, они стимулируют рецепторы капсаицина на клеточных мембранах. Капсаицин – алкалоид, обеспечивающий жгучий вкус стручковому перцу, рецепторные белки к нему (TRPV1) есть у разных клеток, в том числе и у некоторых нейронов головного мозга. Однако в случае отсутствия рецепторов можно генноинженерными способами заставить клетку их синтезировать – что и было сделано в данном случае.

Белки, чувствительные к капсаицину, реагируют на нагретые наночастицы и открывают ионный канал в мембране, в результате клетка возбуждается и генерирует импульс. Обычно такие горячие наночастицы рассматривают как противоопухолевое средство, позволяющее убивать раковые клетки, однако на сей раз исследователи были заинтересованы как раз в том, чтобы просто возбуждать клетки, не убивая их. Отрегулировав силу магнитного поля, можно добиться нужной температуры частиц и нужного эффекта. Сами они, будучи химически полностью инертными по отношению к живой ткани, могут довольно долго оставаться там, куда их ввели. Как пишут авторы работы в своей статье в Science, их метод позволил в течение месяца стимулировать у мышей область среднего мозга, называемую вентральную областью покрышки (которая, к слову, вовлечена в систему подкрепления и участвует в формировании наркотической зависимости).

В будущем наночастицы с магнитным полем можно использовать как беспроводной и «долгоиграющий» стимулятор нейронов, который позволял бы решать самые разные исследовательские и медицинские задачи. Разумеется, до практического применения здесь ещё далеко, однако у нас есть принципиальное доказательство того, что такой метод возможен и работает – а это уже немало.

Автор: Кирилл Стасевич

Подробнее см.: https://www.nkj.ru/news/26036/ (Наука и жизнь, Тёплые наночастицы стимулируют мозг)

Изменяя природу

• 0
• 1
• 2
• 3
• 4
• 5

(голосов: 0)

Ученые создали бионические растения, которые способны контролировать состояние окружающей среды и активно поглощать солнечный свет. В будущем усовершенствованные с помощью нанотехнологий и электроники растения смогут выполнять массу функций, в том числе очищать воздух и вырабатывать электричество.

Ученые из Массачусетского технологического института в статье, опубликованной в Nature Materials, заявляют о безграничных возможностях, которые открывает интеграция электроники и наноматериалов в живые растения. Растения имеют много ценных качеств, например они дают нам пищу и топливо, вырабатывают кислород, а также просто добавляют эстетики окружающей среде, в которой мы живем. Ученые из MIT хотят сделать растения еще более полезными с помощью добавления наноматериалов, которые существенно увеличивают производительность растений и придают им совершенно новые функции, например возможность вести мониторинг загрязнения окружающей среды.

Чтобы продемонстрировать перспективность своей идеи, ученые провели серию экспериментов с широко распространенным растением семейства капустных: Arabidopsis thaliana.

Исследователи внедрили в хлоропласты (органеллы в которых происходит фотосинтез) углеродные нанотрубки, которые повысили способность растений к захвату световой энергии на 30%. Также, с помощью другого типа нанотрубок удалось «научить» растение обнаруживать один из основных загрязнителей воздуха – оксид азота.

Модернизированные с помощью наноматериалов растения приобретают необычные функции

Изначально идея бионических растений выросла из проекта по созданию самовосстанавливающихся солнечных панелей, похожих на растительные клетки. В ходе исследований, ученые попытались усилить функции фотосинтеза хлоропластов, выделенных из растений, чтобы использовать их в солнечных ячейках.

Хлоропласты – это природные машины, которые имеют все необходимое для фотосинтеза. На первом этапе фотосинтеза пигмент хлорофилл поглощает свет, который возбуждает электроны. В свою очередь, электроны проходят через тилакоидные мембраны хлоропластов. Растение использует эту электрическую энергию для обеспечения второго этапа фотосинтеза - производства сахара.

При удалении из растения, хлоропласты сохраняют свою работоспособность на протяжении нескольких часов, после чего они разрушаются из-за повреждения белков светом и кислородом. Чтобы продлить функционирование хлоропластов в пробирке, ученые ввели в них наночастицы оксида церия. Эти частицы являются очень сильными антиоксидантами, которые поглощают активные формы кислорода и других веществ, повреждающих хлоропласты. Наночастицы были помещены в хлоропласты с помощью новой технологии LEEP. Суть данной технологии заключается в упаковке наночастиц в напряженные молекулы полиакриловой кислоты, которая легко проникает через гидрофобную мембрану хлоропластов. Благодаря введению наночастиц оксида церия, количество вредных молекул, разрушающих хлоропласты, резко сократилось.

Используя LEEP, исследователи также встроили в хлоропласты полупроводниковые углеродные нанотрубки, которые резко повысили эффективность использования солнечного света. Обычно хлоропласты утилизируют лишь 10% солнечного света, но благодаря повышенной электропроводимости углеродных нанотрубок, хлоропласты смогли захватить свет на длинах волн, которые ранее им были недоступны, например ультрафиолетовый, зеленый и ближний инфракрасный части спектра.

После опытов в пробирке, ученые обратились к живым растениям. Ученые насытили хлоропласты растения наночастицами и нанотрубками, что это увеличило поток электронов в процессе фотосинтеза на 30%.

Пока ученые еще не обнаружили увеличения количества сахара и других полезных химических веществ в бионических растениях. Тем не менее, добавление углеродных нанотрубок позволило превратить растения в детекторы оксида азота: особое полимерное покрытие нанотрубок взаимодействует с загрязнителем и дает слабую флуоресценцию. Ранее ученые MIT уже разработали на основе нанотрубок различные датчики, реагирующие на опасные загрязнители, такие как перекись водорода, тринитротолуол и нервнопаралитический газ зарин. Таким образом бионические растения могут стать надежным детектором опасных веществ, а «лишние» электроны можно использовать для питания микроэлектроники.

В настоящее время ученые работают над созданием бионических растений, которые можно использовать для мониторинга окружающей среды, в том числе для обнаружения пестицидов, грибковых и бактериальных инфекций. Также ученые пытаются интегрировать в растения другие наноматериалы, такие как графен.

http://rnd.cnews.ru/tech/news/top/index_science.shtml?2014/03/17/564666