Авг 12 2009

Ученые создали первый гибрид электронного устройства и живой клетки

Tag: Новости наукиNewsmaker @ 17:26
Источник РИА Новости

Ученые создали гибридное биоэлектронное устройство на основе кремниевых нановлокон, способное контролировать работу биологических мембран, идентичных клеточным мембранам животных организмов, или изучать состояние этих мембран, регистрируя текущие через них потоки ионов, сообщает журнал Proceedings of the National Academy of Sciences.

Это достижение существенно продвинет работы по созданию гибридных сенсорных систем для изучения состояния клеток организма, создания имплантируемых в организм человека аппаратов или повышения вычислительной мощности компьютеров будущего, считают авторы разработки.

До сих пор никому не удавалось создать подобное устройство, которое могло бы контролировать или регистрировать поток ионов через биологическую мембрану. А именно потоки ионов и их концентрации в тех или иных участках тканей определяют колоссальные вычислительные возможности человеческого мозга, помогающие нам слышать, видеть, говорить и мыслить.

Команда Александра Ноя, биолога из Ливерморской национальной лаборатории в США, справилась с этой задачей, использовав кремниевые нановолокна. Команда ученого покрыла их двойным слоем липидов, являющихся основой клеточных мембран, после чего ввела в систему дополнительные мембранные белки. В живых клетках эти белки встраиваются в мембрану, где и выполняют свои функции по переносу ионов через клеточную оболочку.

Как только один из таких белков, грамицидин А, выстроился в мембрану, он начал пропускать через себя протоны - ионы H+, отвечающие за многие параметры биологической водной среды - уровень кислотности, ионную силу и другие. Это немедленно отразилось на электрическом токе, текущем через кремниевые нановолокна. В экспериментах с другим мембранным белком - аламетицином - ученые смогли добиться контроля над транспортной функцией этого белка, варьируя электрический потенциал на кремниевых нанотрубках и уменьшая или увеличивая тем самым поток ионов через мембрану.

Несмотря на то, что ученые находятся в самом начале развития направления гибридных бионаноэлектронных устройств, эксперты полагают, что появления первых практических результатов от развития этих технологий можно ожидать уже примерно через пять лет.


Авг 07 2009

Запуск коллайдера на половинной энергии не помешает найти бозон Хиггса

Tag: Новости наукиNewsmaker @ 17:26
Источник РИА Новости

Решение ЦЕРНа запустить Большой адронный коллайдер на половинной энергии само по себе не помешает найти бозона Хиггса - эта частица может рождаться при таких энергиях, однако, помимо этого, физикам необходимо соблюсти ряд других параметров, для достижения которых может понадобиться длительное время, сказал в интервью РИА Новости ведущий научный сотрудник НИИ ядерной физики МГУ Александр Крюков.

Накануне пресс-служба ЦЕРНа сообщила, что коллайдер, новый запуск которого после аварии в 2008 году запланирован на ноябрь, первоначально будет работать на половинной энергии - 3,5 тераэлектронвольта на пучок протонов вместо проектных 7 тераэлектронвольт. Бозон Хиггса - гипотетическая частица, отвечающая за массы элементарных частиц - предсказана общепризнанной современной теорией, так называемой Стандартной моделью, но пока не была обнаружена в эксперименте. Его поиск является одной из главных задач самого мощного в истории ускорителя.

“Конечно, и на энергии в 3,5 тераэлектронвольт возможно рождение бозона Хиггса Стандартной модели, так как он, как показали эксперименты на коллайдере LEP-II, должен иметь массу порядка 120 гигаэлектронвольт, - сказал Крюков, который является участником эксперимента CMS на коллайдере. - Но проблема в низкой светимости пучков, что практически исключает возможность его регистрации”.

Он отметил, что действующий в США коллайдер Теватрон, где пучки протонов и антипротонов сталкиваются на энергии около 2 тераэлектронвольт, тоже может обнаружить бозон Хиггса.

“Идет своего рода соревнование, что раньше произойдет - Теватрон обнаружит рождение Хиггса или Большой адронный коллайдер справится с техническими проблемами”, - отметил собеседник агентства.

“Для эксперимента необходима не только энергия, но и светимость - сколько частиц вы “гоняете”. Чем больше, тем больше вероятность рождения”, - продолжил Крюков.

Проектная светимость коллайдера составляет 10 в 34 степени частиц в секунду на квадратный сантиметр, но это значение будет достигнуто далеко не сразу. На первом этапе с низкой светимостью будет проводиться калибровка и настройка детекторов и других систем коллайдера, что может занять долгое время.

“Большой адронный коллайдер - очень сложная система. Это, как полет на Луну: вспомним, что потребовалось 11 миссий “Аполлонов”, чтобы совершить посадку на Луну. Нужна калибровка детекторов, ускорителя, это требует не суток, а месяцев. Это нужно сделать до всякой “физики”. Физикам нужна не просто “линейка”, которой они будут измерять процессы, а “линейка” с правильно нанесенными делениями”, - сказал собеседник агентства.

Он добавил, что настройка коллайдера Теватрон после модернизации потребовала более года.

“На низкой светимости, с которой первоначально будет запущен ускоритель, новой физики, скорее всего, не будет, - говорит Крюков. - Но можно и нужно уточнить ряд важных параметров Стандартной модели”.

Поэтому, добавил собеседник агентства, экспериментаторы не будут сидеть сложа руки. Так, для эксперимента ALICE, в котором будут исследоваться столкновения ионов свинца и изучаться кварк-глюонная плазма (состояние вещества в первые мгновения после Большого взрыва), протон-протонные столкновения тоже важны.

“Это точка отсчета для эксперимента, которая необходима для правильной интерпретации будущих результатов”, - пояснил Крюков.

Ученый подчеркнул, что поиск бозона Хиггса - это не единственная задача коллайдера. В частности, когда БАК выйдет на проектную энергию столкновений 14 тераэлектронвольт (то есть 7 тераэлектронвольт на пучок), физики надеются проверить и другие интересные гипотезы, например, теорию суперсимметрии.

“Согласно этой теории, у каждой частицы есть свой “суперпартнер”, который надеются обнаружить при энергиях порядка тераэлектронвольт. По одной из гипотез, среди этих “частиц-суперпартнеров” находятся частицы, из которых состоит “темная материя”, - сказал ученый.

Большой адронный коллайдер создан Европейской организацией ядерных исследований (ЦЕРН) при участии физиков из многих стран, в том числе из России. Он расположен на границе Швейцарии и Франции. В его 27-километровом кольце будут сталкиваться пучки протонов, разогнанные до почти световой скорости, планировалось, что суммарная энергия столкновений составит 14 тераэлектронвольт.


Авг 07 2009

Портативные ядерные реакторы от НАСА

Tag: ЭнергетикаNewsmaker @ 14:04


Инженеры НАСА ведут разработки нового поколения ядерных реакторов, размеры которых не будут превышать ведро средних размеров. Использовать такие реакторы планируется во время будущих полетов на Марс и освоения этой планеты. В ведомстве говорят, что пока у них нет таких реакторов, но есть несколько ключевых для реакторов технологий.

Ученые говорят, что ядерные мини-реакторы действительно могут стать неплохим подспорьем в исследовании других миров, так как могут обеспечить колонизаторов достаточными объемами дешевой энергии. Напомним, что согласно сегодняшним планам НАСА планирует в 2020 году начать строительство лунной базы постоянного пребывания, а к 2030 году отправить астронавтов на Марс.

На первом этапе новой программы использовать компактные ядерные реакторы планируется на лунных базах. В разработке подобных источников энергии также заняты и физики-ядерщики из Министерства энергетики США. Здесь ученые говорят, что мини-реакторы будут выделять тепло и электричество, оба этих ресурса незаменимы в процессе пребывания людей на других планетах.

Сейчас в НАСА создают прототип реактора Sterling, который будет генерировать целых 40 киловатт электричества. Это может хватить для поддержки на начальном этапе всей лунной базы. На Земле такой реактор мог бы питать энергией сразу 6-8 частных домов.

Гленн Паллак, руководитель проекта разработки мини-реакторов, говорит, что недавно в НАСА был создан панельный прототип реактора, способный работать в вакууме и при температуре минус 125 градусов. По форме прототип реактора напоминает обычный отопительный радиатор, его ширина около 170 см, длина - чуть менее 2 метров. По словам Паллака, точно такие же, но чуть более компактные реакторы будут использоваться в миссиях на Луну.

На втором этапе разработок ученым предстоит создать такую структуру реактора, чтобы через его двигатель мог проходить жидкий металл, грея попутно всю конструкцию. На третьем этапе исследователи проверят работы действующего реактора в условиях радиации, мощность которой в 20 раз будет превышать нормальный радиационный фон на Земле.

Согласно сегодняшним планам рабочую мини-установку в земных условиях НАСА планирует получить в 2012-2013 годах.


Авг 07 2009

Ударный летающий робот Excalibur - беспилотный гибрид

Tag: Роботы идутNewsmaker @ 14:03

Представьте себе беспилотный аппарат, способный взлетать вертикально, барражировать за облаками часами, потом резко ускоряться к указанной цели и наносить по ней мощный ракетный удар. Рабочий прототип такой машины недавно поднялся в воздух на военном полигоне в Мэриленде. Появление этого робота открывает новую главу в книге беспилотников.

Американская компания Aurora Flight Sciences провела первые испытания прототипа самолёта вертикального взлёта Excalibur.

От многочисленных предшественников данный проект отличает необычная схема. В центре корпуса-рамы установлен турбореактивный двигатель, поворачивающийся вокруг горизонтальной оси. На старте он даёт основную долю подъёмной тяги, а в крейсерском полёте служит единственным маршевым мотором.

Но изюминка машины даже не в этом. Excalibur — это гибридный аппарат, сочетающий реактивную тягу с подъёмными воздушными винтами, работающими от аккумуляторных батарей. Всего их три. Один винт (вернее, многолопастный вентилятор) спрятан в носу аппарата, а два других выдвигаются из концов крыльев. Вместе эти четыре двигателя обеспечивают вертикальные взлёт и посадку такого гибрида, а также зависание в случае необходимости.

Основной режим полёта Excalibur (с целью разведки, транспортировки боеприпасов или медикаментов, или, наконец, удара по наземной цели) — традиционный самолётный. При этом подъёмный вентилятор в носу выключается, а задние, для снижения сопротивления воздуха, так и вовсе прячутся в недра крыльев.

Первый полёт робота состоялся 24 июня 2009 года, но компания опубликовала пресс-релиз лишь 20 июля. Американцы сообщают, что нынешний аппарат — прототип “половинного масштаба”. А вооружение, по идее, появится на одном из последующих более крупных образцов.

Команды Excalibur получает с портативной переносной наземной станции, при этом бортовая электроника самолёта берёт на себя управление движением машины полностью: человек-оператор лишь указывает общий курс или намечает цель для удара и сосредотачивается на выполнении задачи миссии (поиске определённых объектов и так далее).

Идея постройки беспилотных летательных аппаратов самых разных схем, способных нести вооружение (огнестрельное, а также ракеты или бомбы) давно реализована в металле и проверена в деле. И не раз. Достаточно вспомнить ударный самолёт X-45A и вертолёты Fire Scout, Hummingbird и AutoCopter.

Но Excalibur специалисты сравнивают в первую очередь с хорошо известным беспилотным самолётом-разведчиком Predator, способным нести две противотанковые (а строго говоря, универсальные) ракеты Hellfire. (Правда, сравнение не вполне корректное, ведь Predator — винтовой самолёт, а Excalibur — реактивный.)

В отличие от упомянутых выше машин, стрелявших по мишеням на полигоне, Predator не раз использовался в ходе боевых операций в Афганистане, Пакистане, Боснии, Сербии, Ираке и Йемене, в том числе — с запуском ракет по реальным целям.

Так вот, Excalibur должен затмить “Хищника” по всем статьям. Predator взлетает с разбегом по обычной полосе, Excalibur — поднимается вертикально. Predator способен развить максимум 217 километров в час, тогда как Excalibur (в его финальном воплощении) должен будет достичь 740 км/ч!

Более того, Predator несёт, как уже было сказано, две ракеты Hellfire, а Excalibur возьмёт на борт сразу четыре такие же ракеты. Помножьте это на возможность зависания на месте, способность к экономичному длительному вояжу на медленной скорости и молниеносному броску к заданной точке. Боевое применение столь опасной машины может быть чрезвычайно эффективным.

Вот цифры для сравнения. Long War Journal сообщает, что применение “Хищников” для атак наземных целей в Пакистане в последние месяцы идёт по нарастающей. Американцы вовсю сражаются с “Аль-Каидой” и “Талибаном” (увы, при этом гибнут и гражданские лица).

По информации журнала, в 2008 году самолёты Predator в ходе боевых вылетов в Пакистане убили 316 человек. А в нынешнем — уже 365 (и боевиков, и ни в чём не повинных людей).

Reaper), он же Predator B – дальнейшее развитие первой машины. Reaper оснащён уже турбовинтовым двигателем (”Хишник” – поршневым), имеет большие размеры, несёт больше ракет (и ещё управляемые бомбы), обладает большей дальностью действия и развивает существенно большую скорость (482 км/ч). Но взлетает он, как и предшественник – классическим образом. Как раз вертикальный взлёт должен стать главным козырем Excalibur в сражении за кошелёк военных, а ещё значительно более высокая скорость, не только в сравнении с тихоходом “Хищником”, но даже по отношению к “Жнецу” (фотографии USAF).

Сроки дальнейшего развития проекта — не вполне ясны. Хотя создавался Excalibur для американских военных, средства на постройку первого прототипа изыскала сама компания. Чтобы изготовить последующие модификации, потребуется найти финансирование.

Нынешний Excalibur ещё будет тестироваться, но на все задуманные авторами проекта “трюки” он пока не способен. Так, у него ещё не убираются крыльевые вентиляторы, как предусмотрено планом, шасси также пока неубираемое, и реактивный двигатель ещё не поворачивается. Все эти элементы должны появиться в следующем образце.

В нынешнем году Aurora Flight Sciences отпраздновала своё 20-летие. Но её историю фактически следовало бы вести с 1988 года. Тогда будущий основатель “Авроры” Джон Лэнгфорд (John Langford), работая в знаменитом Массачусетском технологическом институте (MIT), возглавил команду, создавшую рекордный самолёт на мускульной тяге Daedalus 88. На нём был совершён уникальный перелёт с Крита на Санторин.

С тех пор компания построила немало экспериментальных летательных аппаратов, а также много раз помогала другим компаниям в создании и тестировании ряда машин.

С 1990-х годов Aurora принимает участие в выпуске большого беспилотного разведчика Global Hawk и его модификаций. А в начале нынешнего века Aurora была одним из ключевых подрядчиков насовского проекта марсианского самолёта-робота ARES (прототип которого был испытан в земном небе).

Ещё Aurora получила известность благодаря целой серии взлетающих вертикально беспилотных “бочек” GoldenEye (было построено и испытано три модели). В 2007-м компания представила средство для быстрой остановки кровотечения (тут пригодились знания в области необычных материалов).

Department of Defense), а ещё – Энтони Тезер (Anthony Tether), который девять лет, вплоть до этого момента, был директором небезызвестного пентагоновского агентства по передовым исследованиям DARPA (фото Aurora Flight Sciences).

В прошлом году Aurora со своим Z-образным Odysseus вступила в соревнование под эгидой Пентагона по созданию разведывательного беспилотника, способного летать без посадки пять лет.

И это — далеко не все проекты фирмы, значительная доля которых связана с военной отраслью. Как ни крути, но это действительно “лицо прогресса”. О политическом и моральном аспектах использования боевых дистанционно управляемых машин или аппаратов, способных действовать по программе, мы скромно умолчим.


Авг 07 2009

Ученые обещают создать искусственный мозг человека за 10 лет

В ближайшие десять лет ученые планируют создать полностью функциональный искусственный человеческий мозг, утверждает ведущий швейцарский ученый Генри Маркрам. Руководителю проекта по воссозданию искусственного мозга уже удалось воссоздать некоторые отдельные элементы мозга крысы, сообщает BBC.

Как заявил профессор на прошедшей в Оксфорде научной конференции, искусственный мозг человека поможет выяснить причины психических расстройств, от которых страдают около двух миллиардов людей.

Первые совместные шаги по созданию синтетического мозга были сделаны швейцарским Федеральным техническим институтом Лозанны и компанией IBM в 2005 году.

Перед участниками проекта Blue Brain, возглавляемого Генри Маркрамом, была поставлена задача компьютерного моделирования новой коры головного мозга человека, так называемого неокортекса.

Ученым уже удалось смоделировать часть неокортекса молодой крысы. Теперь у Маркрама появилась вера в то, что человеческий мозг можно будет создать в ближайшие десять лет.

Уже сегодня исследования помогают ученым лучше понять, как работает мозг. Например, при виде цветка усиливается электрическая активность, по которой становится понятно, как мозг воспринимает предметы.

“Реагируя на какой-либо раздражитель, мозг создает  свое собственное отображение”, - говорит Маркрам. Одна из задач ученых извлечь эти отображения, чтобы непосредственно увидеть, как мозг воспринимает мир.

Исследователи также надеются, что проект по созданию искусственного мозга поможет создать искусственные модели млекопитающих. И тогда ученым не придется ставить эксперименты на животных.

Материал подготовлен редакцией rian.ru на основе информации открытых источников


Авг 06 2009

NASA реинкарнирует институт технологий будущего

Интересы NIAC простирались от околоземной орбиты до далёких звёзд (иллюстрация NIAC).

Американский Национальный исследовательский совет (National Research Council) призвал аэрокосмическое ведомство возродить Институт перспективных концепций (NASA Institute for Advanced Concepts — NIAC). Эта организация проработала с 1998-й по 2007-й годы, после чего была закрыта из-за сокращения бюджета агентства и политики сосредоточения средств на относительно близких проектах.

Возможно, космическое агентство США — самое богатое в мире, но в последние годы здесь всё чаще говорят о нехватке средств и необходимости экономии. Неудивительно, что в вопросе распределения денег агентство пришло к идее “Если проект не понадобится завтра, он не нужен”. А поскольку приоритеты были обозначены чётко: исследование внешних планет и высадка человека на Луне, едва ли не всё, что выходило за эти рамки начало испытывать финансовый голод.

Что уж говорить об институте NIAC, который занимался проектами на очень далёкую перспективу. Проектами, к которым учёные только-только начинали подбирать ключи. NIAC просто закрыли.

Между тем, деятельность NIAC была успешной. Он задействовал потенциал институтов и университетов вне “созвездия” подразделений и организаций NASA, концентрируя и финансируя работы подрядчиков по более чем 100 экзотическим проектам, связанным с космической отраслью и аэронавтикой.

Среди них были: межпланетный корабль размером с копейку, облегающий биоскафандр, терраформирование кусочка Марса, астероид-транспорт, прыгающие марсоходы-мячики, двигатель на антиматерии и космический парус опять-таки на антивеществе.

Эти проекты обладали различной степенью фантастичности. Они были рассчитаны на возможность реализации в период от 10 до 40 лет, причём большинство — ближе к 40. А про иные идеи и вовсе можно было сказать — “эту штуку едва ли построят в течение века”. Витание в облаках и послужило одной из причин закрытия NIAC.

На днях же Национальный исследовательский совет собрал комитет, который определил условия реинкарнации знаменитого института и опубликовал доклад, в котором говорится, что NASA теперь вновь должно подумать о будущем.

Объявлено, что перспективные и даже фантастические (с точки зрения дня сегодняшнего) технологии по-прежнему будут находиться в центре внимания NIAC, но он должен стать несколько более приземлённым, а большая часть проектов в плане реализуемости должна быть ближе к 10 годам, чем к 40. При этом должна быть налажена бесперебойная передача большей части проектов от NIAC к NASA, где они должны воплощаться в жизнь.

По словам сопредседателя комитета Роберта Брауна (Robert Braun), профессора из Технологического института Джорджии (Georgia Institute of Technology), по меньшей мере три ещё “живых” проекта находятся на “балансе” NIAC и имеют все шансы превратиться в реальные миссии NASA в ближайшие годы: плазменный ракетный двигатель нового поколения, рентгеновский интерферометр для изучения чёрных дыр и космический зонтик-цветок для поиска экстрасолнечных планет.

Кроме того, есть хороший шанс на дальнейшее развитие темы облегающих скафандров. Специалисты полагают, что ряд проектов под эгидой NIAC мог бы иметь двойное назначение, тем самым оправдывая вложенные средства дважды. И те же самые биоскафандры, ещё до своего появления в космосе, могли бы, к примеру, послужить основой для проектирования костюмов, помогающих ходить детям с церебральным параличом.

Члены комитета отметили, что, потребляя 0,02% ежегодного бюджета NASA, NIAC был настоящим мозговым центром агентства и запасником “безумных” идей на перспективу. Так что сполна оправдывал не столь уж большие расходы. А потому есть смысл вернуть этот институт к жизни.


Авг 06 2009

ДНК-компьютер решает логические задачи


Израильские инженеры из Института им Вельцмана разработали совершенно новую вычислительную систему, которая использует в качестве устройства хранения данных химико-биологическое соединение, напоминающее человеческую ДНК. Разработчики новой компьютерной системы говорят, что их детище способно решать классические логические головоломки, делая это более эффективно, чем бинарные вычислительные системы.

В концепции израильских ДНК-подобное соединение позволяет системе делать несколько логических итераций, прежде чем система выдаст готовые ответы “да” или “нет”.

Подробно о своей разработке инженеры рассказывают в последнем номере научного журнала Nature Nanotechnology. По словам ученых, созданная ими вычислительная концепция позволяет производить компьютеры,  ход вычислений которых не будет двоичным, а будет больше напоминать ход мысли человека. В конечном итоге, такая система поспособствует созданию по-настоящему продвинутого искусственного интеллекта.

Профессор Эхуд Шапиро, руководивший разработкой новой системы, говорит, что в будущем ДНК-компьютеры также могут найти широкое применение в медицине. Они, в частности, смогут гораздо эффективнее декодировать настоящие ДНК людей, а также диагностировать те или иные заболевания, например рак.

“Секрет заключается в том, что чем сложнее биохимическое соединение в основе системы оказывается, тем быстрее мы сможем проводить логические расчеты”, - говорит Шапиро.

В созданном образце компьютера система использует ДНК-подобные молекулы для описания условных фактов и условных правил. При сопоставлении этих параметров группа смогла получать от системы несложные логические ответа на условные логические вопросы. Сейчас исследователи довели до совершенства работу с условным алгоритмом ” If-Then” (Причина-следствие), хорошо знакомым всем программистам.

Как рассказывает Том Ран, один из инженеров трудящихся над проектом, на практике работу системы можно проиллюстрировать  следующим примером: В систему вводятся две дефиниции: “Все люди смертны” и “Сократ - человек”, далее, когда вычислительной системе задается вопрос “Сократ может умереть?”, то компьютер мгновенно дает ответ “Да”.

Ран говорит, что данный пример совсем несложен, однако мощь системы вскрывается при задании “многоэтажных” логических концепций в больших объемах. Кроме того, система способна работать с почти бесчисленным множеством фактов и таким же бесчисленным количеством логических правил.


Авг 05 2009

Китайцы впервые вырастили мышат из притворяющихся клеток

Огромного труда стоило двум научным группам из Китая “зачать”, вырастить и размножить животное без помощи клонирования и даже без разрушения эмбрионов. В ход впервые пошли необычные стволовые клетки. Результат пока, прямо скажем, средний. И всё же это несомненный прорыв в биологии, генетике и медицине.

Итак, теперь научный мир знает: при приложении должных усилий можно не только вытащить рыбку из пруда, но и вырастить полноценное животное из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPS-cells).

Поясним, что это за зверь. iPS-клетки — разновидность “взрослых” стволовых клеток. Индуцированными их называют потому, что клетки эти заставили притворяться эмбриональными стволовыми (ЭСК), искусственно включив экспрессию определённых генов, а плюрипотентными — так как они могут преобразовываться в клетки любой ткани будущего организма. Об их создании мы подробно рассказывали в этом материале.

iPS-клетки можно считать искусственно созданной этической заменой обычным ЭСК, которые можно заполучить, лишь разрушив эмбрион. Они были созданы в 2006 году группой профессора Синя Яманака (Shinya Yamanaka) из университета Киото.

Это открытие показало, что (пусть пока только в теории) человека можно лечить его собственными клетками, выращивая из индуцированных плюрипотентных отдельные ткани и даже целые органы.

С самого начала было ясно, что вроде бы есть у iPS-клеток возможность вырасти и в полноценное здоровое млекопитающее (так же как и у эмбриональных стволовых клеток). Однако никому ранее не удавалось это сделать.

Учёные многих стран долгое время тренировались на мышах. Две последние публикации в журналах Nature и Cell Stem Cell свидетельствуют о том, что им это наконец-то удалось.

Первое масштабное достижение было получено группой специалистов под руководством Ци Чжоу (Qi Zhou) из Института зоологии Китайской академии наук (Institute of Zoology Chinese Academy of Sciences) и Фани Цзэн (Fanyi Zeng) из университета Цзяо Туна в Шанхае (Shanghai Jiao Tong University). Раньше они клонировали животных, теперь же решили заняться теми самыми индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками.

Они, так же как и Яманака, использовали вирусные векторы, чтобы “приклеить” к фибробластам – клеткам соединительной ткани мышей – четыре гена и перепрограммировать их таким образом в плюрипотентные. Фибробласты были получены от эмбрионов на поздней стадии развития.

Для того чтобы определить, что же они в результате получили, китайцы первым делом провели основные тесты, позволяющие сравнить iPS-клетки с эмбриональными аналогами (определялось наличие особых поверхностных маркеров).

Следующим шагом было создание тетраплоидного эмбриона (для этого учёные “смешали” две клетки оплодотворённого эмбриона, находящегося на ранней стадии развития).

Эта “оболочка” является своего рода колыбелью для будущего организма, из неё развивается плацента и некоторые другие важные клетки. Однако для появления собственно тела необходимы клетки эмбриональные. Иначе тетраплоидный эмбрион всё равно что машина без водителя, приводит сравнение Nature.

Далее в эмбрион с четырьмя наборами хромосом были имплантированы iPS-клетки (как мы уже знаем, являющиеся искусственной заменой эмбриональным). Они запустили процесс развития. После всех этих манипуляций плод вживили суррогатной матери, а спустя 20 дней родился мышонок.

Уже по внешним данным было ясно, что новорождённое животное (чёрный цвет шерсти) носит гены мыши, от которой были получены индуцированные плюрипотентные клетки (тоже чёрный окрас), а не той, из клеток которой были получены тетраплоидные эмбрионы (белый окрас).

Однако для полной уверенности были проведены ДНК-тесты, подтвердившие, что мышонок по имени Сяо-Сяо (Xiao Xiao), или “малюсенький”, вырос именно из iPS-клеток (среди всех отпрысков максимальная схожесть с “родителем” составила около 95%).

Эксперт по клонированию Рудольф Джаниш (Rudolf Jaenisch) из MIT рассказывает, что он и его коллеги пытались проделать похожий эксперимент в 2007 году. Однако они смогли создать лишь эмбрионы на поздней стадии развития.

“У меня два объяснения, почему мы не добились успеха. Первое — iPS-клетки не являются плюрипотентными. Второе — мы просто-напросто плохо старались. И сейчас я всё больше склоняюсь ко второму варианту”, — говорит Джаниш.

Китайцы оказались трудолюбивее. Они выполнили гигантский объём работ: прежде чем получить первого “перепрограммированного” мышонка, им пришлось проанализировать 250 эмбрионов.

К моменту выхода статьи у учёных было 27 новых животных. Зоологи перепробовали массу вариаций различных параметров, но “рецептом” с самым лучшим выходом оказался тот, что дал 22 живых мышонка из 624 внедрённых эмбрионов. Таким образом, доля успешных попыток составила 3,5% (а это сравнимо с выходом типичных линий ЭСК!).

Достижение имеет несомненную научную ценность, однако ещё есть к чему стремиться. Цзэн подчёркивает, что по-прежнему высок уровень смертности и физических недостатков среди животных. Многие новорожденные умерли в первые два дня, большое количество родились с отклонениями в развитии (эти детали в статье отсутствуют, но появятся в следующей публикации).

Впрочем, не всё так уж и плохо. 12 из 27 выживших мышат спарились и дали вполне здоровое потомство. Сейчас у первой группы китайских учёных несколько сотен грызунов второго поколения и около сотни третьего. Ни у одной особи не были обнаружены какие-либо опухоли (хотя систематических проверок зоологи не проводили).

Теперь о второй группе учёных из Национального института биологических наук в Пекине (National Institute of Biological Sciences — NIBS). Они тоже преуспели в выращивании мышей из iPS-клеток. Руководил исследованием доктор Шаожун Гао (Shaorong Gao).

Исследователи использовали практически такую же технологию, что и предыдущая группа. Только объёмы у них были поменьше: они перенесли индуцированные плюрипотентные клетки в 187 тетраплоидных эмбрионов. Из них родились всего двое мышат, один из которых умер в детстве. Таким образом, эффективность процедуры составила 1,1%, но и это тоже успех.

“Шансы заполучить работающую линию клеток невелики, но мы очень старались”, — комментирует Гао. Сейчас учёные пытаются подобрать оставшейся в живых мышке пару, чтобы получить потомство.

без использования вирусов (фото с сайта blogbus.com).

В дальнейшем оба коллектива рассчитывают понять, в чём же всё-таки принципиальная разница между iPS-клетками и эмбриональными стволовыми клетками мышей.

То, что разница есть, никто уже не сомневается. Недавно команда исследователей из университета Калифорнии в Лос-Анджелесе (UCLA) обнаружила, что iPS и ЭСК различаются экспрессией генов. “Только мы пока не можем сказать, что работает лучше – настоящие эмбриональные стволовые клетки или их перепрограммированные собратья”, — рассказывает один из авторов работы Кэтрин Плат (Kathrin Plath).

Уже сейчас Чжоу и Цзэн могут сказать, что многое определяется временем. Так, колонии индуцированных плюрипотентных клеток, полученные в течение первых 14 дней, гораздо более производительны (по количеству родившихся из них мышат), нежели те, чей “возраст” уже перевалил за 20 или даже 36 дней.

Если учёным удастся разобраться, то, возможно, и низкий выход, и высокую смертность, и большое количество физических отклонений можно будет преодолеть. Кроме того, полученные данные можно будет “перенести” и на человека, что позволит понять различия в наших клетках.

Отметим, что несмотря ни на что полностью ретранслировать работу на человека не удастся. Хотя бы в силу того, что невозможно создать его тетраплоидный эмбрион. Это также означает, что и о клинических испытаниях индуцированных плюрипотентных клеток (в качестве замены многообещающим ЭСК) пока говорить рано.

“Для нас все эти данные – лишь модель, показывающая возможности перепрограммирования клеток. Мы не рассматриваем нашу нынешнюю работу как первую ступеньку на пути создания из iPS-клеток человека”, — говорит Чжоу.

Среди прочих планов генетиков: доказать, что существует возможность создать здоровое животное из клеток взрослой мыши (напомним, в данных работах использовались клетки, полученные от эмбрионов на последней стадии развития).

А ещё Чжоу и Цзэн хотят сравнить “перепрограммированных” мышек с клонированными (выращенными классическими методами). Учёные полагают, такой обходной метод позволит получить полностью идентичных клонов с меньшим количеством отклонений.


Авг 03 2009

Учёные отсняли на видео вращающийся рост нанотрубок

Tag: Новости наукиNewsmaker @ 14:03

Учёные наблюдали за ростом однослойных углеродных нанотрубок с момента образования зародыша и подтвердили, что в процессе удлинения миниатюрный цилиндр вертится (иллюстрация Nano Letters).

Чтобы подтвердить выдвинутую в феврале этого года теорию о том, что во время роста углеродные нанотрубки вращаются, учёные из университетов Клода Бернара в Лионе (Université Claude Bernard Lyon 1) и Райса (Rice University) использовали особый тип микроскопии.

Углеродные нанотрубки (carbon nanotubes — CNT) представляют собой полые цилиндры различной длины, стенки которых состоят из атомов углерода. Диаметр нанотрубок меньше диаметра человеческого волоса в сотни тысяч раз. При этом CNT в шесть раз прочнее стали, проводят электрический ток не хуже меди и способны противостоять радиации и почти любому химическому воздействию.

Вот почему учёные так заинтересованы в их создании. Однако, чтобы сделать материал с определёнными свойствами, необходимо научиться контролировать процесс синтеза. А для этого его сначала нужно как следует изучить. Новое видео, иллюстрирующее поатомный рост, несомненно в этом поможет. (Посмотреть ролик можно в пресс-релизе университета Райса.)

Впервые экспериментальный рост отдельной углеродной нанотрубки был заснят на видео. Чтобы получить нужные изображения, химики из Лаборатории физики конденсированного вещества и наноструктур (Laboratoire de Physique de la Matière Condensée et Nanostructures) воспользовались полевым эмиссионным микроскопом (FEM). Они поместили несколько атомов катализатора на кончик иглоподобного зонда микроскопа.

Углеродные нанотрубки начинают расти поверх зёрен металлического катализатора. Ток проходит через иглу, нанотрубку и проектируется на люминесцентный экран. Полученное яркое пятно регистрируется видеокамерой.

Учёные выяснили, что при добавлении атомов нанотрубка вращается вокруг своей оси, причём происходит это не плавно, а как бы рывками (химики сравнили вращение с движением секундной стрелки).

В одном из случаев CNT повернулась примерно 180 раз в течение 11-минутного роста. Покадровый анализ показал, что за каждый оборот было сделано примерно 24 “шага”.

Полученное видео подтверждает теорию о вращении углеродных нанотрубок во время роста. Её выдвинул ещё в начале года профессор Борис Якобсон (Boris Yakobson) из университета Райса. (”И всё-таки она вертится!”, именно эта известная фраза пришла ему на ум, когда он узнал о новом открытии).

“Теперь мы можем лучше измерять, моделировать и контролировать процесс”, — заключает Стивен Пурселл (Stephen Purcell), один из авторов статьи, вышедшей в журнале Nano Letters.

Читайте также о том, как впервые были отсняты на видео: работа генов, трёхмерная жизнь клетки, а ещё электроны (с помощью ультрабыстрых лазеров и обычной домашней видеокамеры).




Ученые создали первый гибрид электронного устройства и живой клетки