U pionirskom pothvatu u liječenju raka, istraživači Korejskog naprednog instituta za znanost i tehnologiju KAIST razvili su tehnologiju koja stanice raka debelog crijeva pretvara u normalne stanice, i to bez njihovog uništavanja. Ovaj inovativni pristup tamošnjeg Odsjeka za biološki i moždani inženjering značajno odstupa od tradicionalnih tretmana koji se oslanjaju na ubijanje stanica raka, što često dovodi do ozbiljnih nuspojava i rizika od ponovne pojave. KAIST-ovi istraživači zauzeli su radikalno drugačiji pristup ciljajući na temeljne uzroke razvoja raka. Njihovo istraživanje, objavljeno u časopisu Advanced Science, temelji se na ideji da stanice raka tijekom njihove transformacije iz normalnih stanica nazaduju duž putanje diferencijacije, procesa kojim normalne stanice sazrijevaju u specifične funkcionalne tipove.

Istraživači su stvorili digitalnog blizanca mreže gena uključenih u putanju diferencijacije normalnih stanica. Ovaj računalni model omogućio im je simulaciju i analizu zamršenih interakcija gena koje reguliraju diferencijaciju stanica. Simulacijama su odredili glavne molekularne prekidače koji mogu vratiti stanice iz raka debelog crijeva u normalno stanje. Ti su nalazi zatim potvrđeni kroz molekularne pokuse, stanične studije i pokuse na životinjama, dokazujući učinkovitost pristupa.

Implikacije ovog istraživanja su duboke. Naime, pomicanjem fokusa s uništavanja stanica raka na njihovo vraćanje ova bi tehnologija mogla dovesti do potpuno novog načina liječenja, a takve terapije potencijalno bi mogle minimizirati nuspojave i smanjiti vjerojatnost recidiva.

'Molekularna svjetiljka' otkriva bolesti mozga

Proučavanje molekularnih promjena u mozgu uzrokovanih rakom i neurološkim poremećajima bez invazivnih postupaka dugo je bio izazov u biomedicinskim istraživanjima. Sada su znanstvenici razvili revolucionarnu tehniku ​​koja koristi ultratanku sondu za uvođenje svjetla u mozgove miševa, omogućujući detaljnu molekularnu analizu. Nalazi, objavljeni u časopisu Nature Methods, rezultat su suradnje međunarodnih istraživača predvođenih Španjolskim nacionalnim centrom za istraživanje raka CNIO i Španjolskim nacionalnim istraživačkim vijećem CSIC. Istraživači ovu inovaciju prozvali "molekularnom svjetiljkom" jer osvjetljava živčano tkivo, otkrivajući njegov kemijski sastav. Ovaj pristup omogućuje znanstvenicima otkrivanje molekularnih promjena povezanih s primarnim i metastatskim tumorima mozga, ali i traumatskim oštećenjima mozga.

Molekularna baterijska svjetiljka zapravo je sonda nevidljiva golim okom; tanja je od milimetra, s vrhom širokim samo jedan mikron pa se može se umetnuti duboko u mozak bez nanošenja štete. Ova svjetiljka još nije spremna za testiranje na pacijentima i zasad se koristi na životinjskim modelima. Tehnički naziv metode na kojoj se temelji nova molekularna svjetiljka je vibracijska spektroskopija. Ona djeluje iskorištavanjem svojstva svjetlosti poznatog kao Ramanov efekt: kad svjetlost stupa u interakciju s molekulama, različito se raspršuje ovisno o njihovom kemijskom sastavu i strukturi. To omogućava detekciju jedinstvenog signala ili spektra za svaku molekulu. Spektar tada djeluje kao molekularni potpis, dajući informacije o sastavu osvijetljenog tkiva.

Kontrola atoma uz pomoć svjetlosti

Europski znanstvenici uspješno su manipulirali kvantnim sustavima s ekstremnim ultraljubičastim svjetlosnim impulsima (XUV) i precizno kontrolirali atomske strukture i kvantna stanja. Ova metoda, demonstrirana na talijanskom Elettra Synchrotronu, mogla bi revolucionirati kemijske procese i farmaceutsku proizvodnju dopuštajući svjetlosti da usmjerava kemijske reakcije.

Na ovom projektu sudjelovali su predstavnici 14 istraživačkih instituta predvođeni prof. Lukasom Bruderom sa Sveučilišta u Freiburgu. Njihov eksperiment, opisan u časopisu Nature, omogućio je preciznu manipulaciju kvantnih stanja i kemijskih svojstava materije na ultrabrzim vremenskim skalama. Ova je tehnika uspješno testirana na atomima helija, gdje su istraživači prilagodili razine elektroničke energije i izmjerili rezultirajuće gibanje elektrona s preciznošću bez presedana.

Nova tehnologija izrade dijamanata

Istraživači Sveučilišta u Hong Kongu i njihovi kolege s drugih kineskih sveučilišta i ustanova razvili su revolucionarnu metodu za proizvodnju ultratankih i ultrafleksibilnih dijamantnih membrana. Ove dijamantne membrane, opisane u časopisu Nature, kompatibilne su s trenutačnim procesima proizvodnje poluvodiča, što omogućava njihovu ugradnju u razne elektronske, fotonske, mehaničke, akustičke i kvantne uređaje.

Inovativna metoda pilinga nadilazi tradicionalne metode, koje su obično skupe, dugotrajne i ograničenog kapaciteta; novi proces naime omogućava izradu dijamantne pločice od 5 cm u samo 10 sekundi.

Raže nadahnule mekane robote...

Mante su velike raže elegantnog oblika. Plivaju mašući perajama poput golemih krila, a njihove škrge filtriraju plankton s najvećom preciznošću. Ova su stvorenja sada nadahnula inovacije koje meke robote i filtre za vodu podižu na višu razinu. S perajama koje posuđuju oblik i kretanje mante, mekani robot istraživača Državnog sveučilišta Sjeverne Karoline i Sveučilišta Virginije poboljšava prethodni model dostižući brzine od 6,8 ​​duljina tijela u sekundi, što je gotovo dvostruko više od prethodnika. Ovaj trenutačno najbrži meki robot na svijetu ujedno je i energetski učinkovitiji od prošle iteracije te može plivati ​​ne samo po površini, već i gore i dolje, baš poput prave mante.

Njihov manta-robot, predstavljen u časopisu Science Advances, ima silikonsko tijelo i savitljiva krila koja se pomiču kao krila mante. Kad je komora tijela napuhana, zrak pokreće robota: njegova krila zamahuju prema dolje iz prvobitno ravnog položaja. U svoj taj se položaj vraćaju dok se zrak ispušta iz komore. Brže mahanje rezultira snažnim valovima koji robota guraju prema dolje, dok sporije mahanje stvara slabije valove koji mu omogućuju da i dalje ide prema dolje. Stvarne mante pak tonu ako uspore.

.. i pročišćivače vode

Istraživači MIT-a inspirirali su se pak škrgama koje filtriraju plankton kako bi poboljšali rad sustava za filtriranje vode. Ravnoteža hranjenja i udisanja pomogla je istraživačima da otkriju strukturu filtera koja preciznije kontrolira dotok i odljev. Mante se naime hrane ostavljajući otvorena usta dok plivaju. Na dnu obje strane mantinih usta nalaze se usne ploče koje sprečavaju prolazak planktona i tjera ih u tjelesnu šupljinu, sve do želuca, dok škrge apsorbiraju kisik iz vode kako bi manta mogla disati.

Nadahnuti ovim prirodnim rješenjem, MIT-ovi inženjeri isti su princip primijenili na rad industrijskih filtara, a svoje su rješenje detaljno opisali u časopisu PNAS.

Makroskopski oscilatori na kvantnoj razini

Znanstvenici švicarskog EPFL-a uspješno su pripremili šest mehaničkih oscilatora u kolektivnom stanju, promatrali njihovo kvantno ponašanje i izmjerili fenomene koji se pojavljuju samo kada oscilatori djeluju kao grupa. Istraživanje, objavljeno u časopisu Science, značajan je iskorak i otvara vrata kvantnim sustavima velikih razmjera.

Istraživači su pritom koristili bočno hlađenje, tehniku ​​koja smanjuje energiju oscilatora na njihovo kvantno osnovno stanje, najnižu moguću energiju koju dopušta kvantna mehanika. Pripremajući kolektivni mod u njegovom kvantnom osnovnom stanju, istraživači su uočili kvantnu asimetriju bočnog pojasa, što je obilježje kvantnog kolektivnog gibanja. Primijetili su i povećane stope hlađenja i pojavu "tamnih" mehaničkih modova koji nisu u interakciji sa šupljinom sustava i zadržavaju višu energiju. Sve to moglo bi, kažu, imati velike implikacije na budućnost kvantnih tehnologija jer bi sposobnost kontrole kolektivnog kvantnog gibanja u mehaničkim sustavima mogla dovesti do napretka u kvantnim senzorima i stvaranju višedijelnog ispreplitanja.

Bolje cjepivo protiv gripe sa Stanforda

Standardno cjepivo protiv gripe sadrži mješavinu četiriju verzija hemaglutinina; po jedan za svaki od četiri podtipa gripe koji cirkuliraju. No, sad su istraživači sa Stanford Medicine osmislili način da naša sezonska cijepljenja protiv gripe budu učinkovitija i da nas možda zaštite od novih varijanti gripe s pandemijskim potencijalom. A da njihova metoda doista i djeluje, pokazali su u studiji na uzgojenom tkivu ljudskih krajnika, objavljenoj u časopisu Science.

U standardnoj formulaciji cjepiva protiv gripe četiri antigena koja odgovaraju četiri uobičajena podtipa isporučuju se kao odvojene čestice u mješavini. Kako bi prevladali pristranost podtipa, istraživači su spojili su sva četiri antigena zajedno i osmislili cjepivo u kojem su četiri varijante hemaglutinina kemijski spojene na skeli molekularne matrice. Sve to izaziva procese koji kulminiraju masovnom proizvodnjom antitijela koja će vjerojatno zaustaviti virus gripe, bez obzira na njegov podtip. Istraživači su pokazali i da bi povezivanjem četiri sezonska antigena s hemaglutininom ptičje gripe mogli znatno pojačati odgovor protutijela i na sojeve odgovorne za ptičju gripu, ozbiljnog kandidata za sljedeću virusnu pandemiju.

Otkrivena 'Ahilova peta' bakterija otpornih na lijekove

Crne prognoze kažu da će bakterije otporne na antibiotike do 2050. godišnje odnositi po dva milijuna života. No, američki i španjolski istraživači otkrili da barem neke bakterije plaćaju visoku cijenu za svoju otpornost, a taj bismo podatak mogli iskoristiti u borbi protiv infekcija. "Otkrili smo Ahilovu petu bakterija otpornih na antibiotike", pohvalili su se molekularni biolozi s Kalifornijskog sveučilišta u San Diegu koji su istraživali zašto bakterije s faktorima rezistencije ne dominiraju nužno nad svojim nerezistentnim rođacima. Pokazalo se naime da sposobnost bakterija da prežive pada s niskim razinama magnezija. Uskraćivanje magnezija moglo bi spriječiti sposobnost bakterija da napreduju. A kako nemutirani sojevi nemaju isti nedostatak, smanjenje ključne hranjive tvari ne bi trebalo negativno utjecati na bakterije potrebne za zdrav mikrobiom.

"Unutarstanično natjecanje za ograničenu količinu magnezija može potisnuti uspostavljanje varijante ribosoma otporne na antibiotike", pišu istraživači u radu koji objavljuje Science Advances. A to zapravo znači da je bez pritiska antibiotika nemutirana B. subtilis bolja od B. subtilisa otpornog na antibiotike te da postoje načini njihove kontrolu bez upotrebe lijekova.

Pleteni haptički rukav simulira realističan dodir

Haptiknit je fleksibilan pleteni rukav, skrojen u laboratorijima Stanford Engineeringa, koji može pružiti realističnu povratnu informaciju temeljenu na pritisku. Njihov dizajn, predstavljen u časopisu Science Robotics, pokazuje da pritisak može biti učinkovitiji od vibracija i prvi je korak prema novoj kategoriji haptičkih uređaja. Njihovo je rješenje puno lakše, nosivije i udobnije od postojećih što, kažu oni, otvara mnogo novih mogućnosti za način na koji doživljavamo virtualna okruženja i komunikaciju na daljinu.

Pneumatski sustav na baterije koriti tlačne pokretače, male vrećice na napuhavanje koje se mogu brzo napuniti zrakom. A da bi te vrećice stajale uz kožu bez upotrebe nezgrapnog egzoskeleta, istraživači su dizajnirali tekstil koji je na nekim mjestima krut i stvara nefleksibilnu podlogu za držanje pokretača pritiska uz kožu, a na drugima fleksibilan kako bi omogućio kretanje i udobnost. Osam pokretača raspoređeno je u dva reda; većina rukava ispletena je od najlona i pamuka, a područja koja podupiru aktuatore ojačana su termoplastičnim vlaknima.

Testiranja su pokazala da ljudi uz pomoć Haptiknitovih tlačnih pokretača točnije razaznaju mjesto pojedinačnih dodira nego s pomoću slično raspoređenih vibracijskih uređaja. Štoviše, Haptiknit omogućava prepoznavanje šest emocija - pozornost, zahvalnost, sreću, smirenje, ljubav i tugu - prenesenih kroz signale pritiska.

Istraživači sad žele poboljšati i optimizirati uzorke tkanine i izraditi kompletno odijelo koje bi se koristilo za interakcije u virtualnoj stvarnosti te Haptiknit povezati s drugim uređajima koja će pomoći ljudima pri kretanju ili u rehabilitaciji.