ساخت عضله مصنوعی از پروتئین طبیعی

پژوهشگران آلمانی با استفاده از یک پروتئین طبیعی، نوعی عضله مصنوعی را پرورش داده‌اند که می‌توان انقباض آن را کنترل کرد.

به گزارش ایسنا و به نقل از ساینس‌ دیلی، دکتر "استفان شیلر"(Stefan Schiller) و دکتر "ماتیاس هوبر"(Matthias Huber)، پژوهشگران "دانشگاه فرایبورگ"(University of Freiburg) آلمان موفق شده‌اند تا نوعی عضله مصنوعی را با استفاده از پروتئین‌های طبیعی پرورش دهند. انقباض این عضله را می‌توان با کمک تغییرات صورت گرفته در پی‌اچ و دما کنترل کرد. حرکات عضله در اثر یک واکنش شیمیایی صورت می‌گیرند که انرژی مولکولی را برای این هدف مصرف می‌کند.

شیلر گفت: عضله مصنوعی ما هنوز یک نمونه ابتدایی است. با وجود این، زیست‌سازگاری بالای این ماده و امکان تنظیم کردن ترکیب آن برای مطابقت با بافت می‌تواند راه را برای کاربردهای آینده در حوزه پزشکی ترمیمی، پروتزها، داروسازی یا رباتیک نرم هموار کند.

دانشمندان در گذشته، پروتئین‌های طبیعی را به عنوان پایه‌ای برای توسعه عضلات مصنوعی در نظر گرفته‌اند و آنها را به صورت ماشین‌های مولکولی کوچک یا پلیمرها ساخته‌اند. با وجود این، هنوز امکان توسعه عضلات مصنوعی که کاملا مبتنی بر زیست هستند و با کمک انرژی شیمیایی به طور مستقل حرکت می‌کنند، ممکن نشده است.

ماده‌ای مبتنی بر یک پروتئین طبیعی

مواد مورد استفاده پژوهشگران دانشگاه فرایبورگ، مبتنی بر "الاستین"(Elastin) هستند. الاستین، یک پروتئین فیبری طبیعی است که در بدن انسان نیز وجود دارد. این پروتئین در بدن انسان، به پوست و رگ‌های خونی ویژگی ارتجاعی می‌دهد. پژوهشگران با پیروی از الاستین، دو پروتئین شبیه به آن را تولید کردند که یکی از آنها نسبت به نوسانات پی‌اچ و دیگری نسبت به تغییرات دما واکنش نشان می‌دهد. آنها این دو پروتئین را با استفاده از پیوند متقاطع فتوشیمیایی ترکیب کردند تا یک ماده دولایه تشکیل شود. در این فرآیند می‌توان مواد را به صورت انعطاف‌پذیری شکل داد و جهت حرکت آن را تنظیم کرد.

انقباض‌های مبتنی بر تغییرات دما

پژوهشگران با استفاده از یک منبع انرژی شیمیایی به عنوان سوخت که در این پژوهش سولفیت سدیم بود، موفق شدند به القای انقباضات بپردازند. در یک واکنش شیمیایی نوسانی که طی آن، پی‌اچ در چرخه‌ها به دلیل پیوند خاص چندین واکنش تغییر می‌کند، انرژی اضافه‌شده از طریق حالت‌های غیر تعادلی ماده به انرژی مکانیکی تبدیل می‌شود.

پژوهشگران بدین ترتیب، مواد را وادار به انقباض مستقل در یک روش چرخه‌ای کردند. همچنین آنها توانستند انقباض‌ها را با کمک تغییرات دما، خاموش و روشن کنند. واکنش شیمیایی نوسانی، در دمای حدود ۲۰ درجه سلسیوس آغاز شد و مواد، انجام دادن حرکات موزون را آغاز کردند.

در این فرآیند می‌توان حالت‌های خاصی را برنامه‌ریزی کرد و دوباره به تنظیم آنها با محرک دیگری پرداخت. بدین ترتیب، پژوهشگران به یک سیستم ساده دست یافتند.

شیلر گفت: از آنجا که مواد مورد استفاده ما از پروتئین الاستین طبیعی مشتق شده‌اند و با کمک روش‌های زیست‌فناوری تولید می‌شوند، پایداری قابل توجهی دارند که برای کاربردهای فنی مناسب است. در آینده، این ماده می‌تواند برای پاسخ به محرک‌های دیگری مانند غلظت نمک در محیط و مصرف سایر منابع انرژی از جمله انرژی حاصل از زیست‌توده، توسعه بیشتری یابد.

این پژوهش، در مجله "Advanced Intelligent Systems" به چاپ رسید.

روش جدیدی برای جلوگیری از رسیدن سرطان پستان به مغز

 پژوهشگران ایرلندی، روش درمانی جدیدی را ارائه داده‌اند که می‌تواند به جلوگیری از رسیدن سرطان پستان به مغز کمک کند.

به گزارش ایسنا و به نقل از نوروساینس نیوز، پژوهشی که به سرپرستی "کالج سلطنتی جراحان در ایرلند"(RCSI) انجام شده است، روش جدیدی را برای درمان سرطان ثانویه پستان نشان می‌دهد که می‌تواند به مغز گسترش یابد.

بیشتر مرگ و میرهای مرتبط با سرطان پستان، ناشی از عود کردن بیماری است که به گسترش تومورها و رسیدن آنها به بسیاری از اندام‌های بدن منجر می‌شود. زمانی که سرطان ثانویه پستان که با عنوان "سرطان پستان متاستاتیک"(metastatic breast cancer) نیز شناخته می‌شود، به مغز سرایت می‌کند، می‌تواند بسیار تهاجمی باشد و گاهی تنها چند ماه به بیماران فرصت زندگی می‌دهد.

این پژوهش، بر ردیابی ژنتیکی تکامل تومور از تشخیص ابتدایی سرطان پستان تا گسترش متاستاتیک آن در مغز بیماران متمرکز است. پژوهشگران دریافتند که تقریبا نیمی از تومورها در نحوه ترمیم DNA خود، تغییراتی دارند که آنها را در برابر نوعی داروی موجود موسوم به "مهارکننده PARP" یا(PARP inhibitor) آسیب‌پذیر می‌کند. داروهای مهارکننده PARP با جلوگیری از ترمیم DNA سلول‌های سرطانی عمل می‌کنند و به مرگ سلول‌های سرطانی منجر می‌شوند.

پروفسور "لئونی یانگ"(Leonie Young)، پژوهشگر ارشد این پروژه گفت: گزینه‌های درمانی محدودی برای افراد مبتلا به سرطان پستان که به مغز سرایت می‌کند، وجود دارد و نیاز فوری به پژوهش‌های متمرکز بر گسترش درمان احساس می‌شود. پژوهش ما نشان‌دهنده یک پیشرفت مهم در نزدیک شدن به یک درمان بالقوه برای بیماران مبتلا به این عارضه مخرب سرطان پستان است.

دکتر "دمیر وارسلیجا"(Damir Varešlija)، از پژوهشگران این پروژه گفت: پژوهش ما با کشف این آسیب‌پذیری‌های جدید در مسیرهای DNA که در متاستاز سرطان به مغز وجود دارند، راهبردهای درمانی جدیدی را برای بیمارانی که گزینه‌های درمانی محدودی دارند، ارائه می‌دهد.

 این پژوهش، در مجله "Nature Communications" به چاپ رسید.

انجام تست کووید-۱۹ با دوربین تلفن همراه!

اگرچه تست‌های خانگی فوری کووید-۱۹ کارآمد هستند اما چه خواهد شد اگر بتوانیم هرگاه که می‌خواهیم با استفاده از دوربین تلفن همراه مان تست کرونا بدهیم؟

به گزارش ایسنا و به نقل از سی‌نت، دانشمندان یک تست کووید-۱۹ ایجاد کرده‌اند که انجام آن تنها نیازمند داشتن چندین مورد تجهیزات آزمایشگاهی مقرون به صرفه و تلفن همراه هوشمند است و نتایج اولیه نشان می‌دهد که این تست به اندازه تست "واکنش زنجیره‌ای پلیمراز"(PCR) دقیق است.

به گفته‌ی گیزمودو، این سیستم که توسط دانشمندان دانشگاه سانتا باربارا کالیفرنیا ایجاد شده و در مقاله‌ای جدید در مجله‌ی JAMA Network Open به چاپ رسیده است نیازمند تجهیزاتی ارزان مانند یک صفحه داغ(Hot plate) با ارزش کمتر از ۱۰۰ دلار است.

پس از تهیه این موارد هر آزمایش تنها هفت دلار هزینه خواهد داشت. این موضوع آن را به طور بالقوه به گزینه‌ای مناسب برای جوامعی که در مناطق دور زندگی می‌کنند تبدیل می‌کند.

روش کار آن ساده است. اپلیکیشن ایجاد شده توسط دانشمندان موسوم به "Bacticount" را دانلود کنید. بزاق خود را درون یک کیت که روی صفحه داغ است قرار داده و یک ماده‌ی واکنش ‌دهنده که باعث مشخص شدن آران‌ای برای دوربین تلفن شما می‌شود به آن اضافه کنید. تلفن را روی صفحه داغ گرفته و اپلیکیشن را فعال کنید.

محلول واکنش‌دهنده با مواد ویروسی از جمله کووید و آنفلوانزا ترکیب می‌شود و باعث ایجاد رنگ قرمز روشن می‌شود. اپلیکیشن تلفن همراه براساس سرعت تغییر رنگ بزاق، میزان بار ویروسی را تشخیص می‌دهد.

این سیستم موسوم به Smart-lamp قیمتی ارزان داشته و راه‌اندازی آن آسان است. به همین دلیل برای رسیدن به هدف این پروژه که برآورده کردن نیاز کشورهای کم‌درآمد و با درآمد متوسط به یک تست سارس-کوو-۲ قابل اعتماد، کم‌هزینه و با فناوری ساده است، گزینه‌ی فوق‌العاده‌ای به شمار می‌آید.

اما این روش هنوز به بررسی بیشتر نیاز دارد زیرا در مطالعه اول مجموعه‌ی کوچکی از نمونه‌های ۵۰ فرد علائم‌دار و بی‌علائم در کالیفرنیای جنوبی مورد بررسی قرار گرفتند. به معنای دیگر انتظار نداشته باشید که به زودی بتوان کیت‌های Bacticount را سفارش داد. علاوه بر آن این اپلیکیشن در حال حاضر تنها برای کار با دوربین موبایل سامسونگ گلکسی اس ۹ کالیبره شده است.

با این حال این سیستم امیدوار کننده است و اگر همانطور که آزمایش‌های اولیه نشان داده دقت آن بالا باشد گزینه مناسبی برای تست کووید-۱۹ خواهد بود که احتمالا همچنان تا پایان سال ۲۰۲۲ به آن‌ها نیاز خواهیم داشت.

کاهش خطر ابتلا به بیماری‌های خودایمنی با مصرف یک ترکیب خاص

محققان آمریکایی در مطالعه اخیرشان اظهار کرده‌اند مصرف ویتامین D و مکمل‌های روغن ماهی ممکن است خطر ابتلا به بیماری‌های خودایمنی، رُماتیسم مفصلی، پسوریازیس و تیروئید را کاهش دهند.

به گزارش ایسنا و به نقل از اس تی دی، مطالعه‌ای که اخیرا توسط محققان دانشگاه "هاروارد" انجام شده حاکی از آن است که مصرف روزانه مکمل‌های ویتامین D یا ترکیبی از ویتامین D و روغن ماهی امگا ۳، ممکن است بتواند خطر ابتلا به بیماری‌های خودایمنی را کاهش دهد و تاثیر این موارد حتی پس از دو سال نیز  دیده خواهد شد.

با توجه به اینکه این مکمل‌ها مناسب و غیرسمی هستند و هیچ درمان موثر شناخته شده دیگری برای کاهش میزان بیماری‌های خودایمنی وجود ندارد، محققان می‌گویند این یافته‌ها از اهمیت بالینی بالایی برخوردارند.

بیماری خودایمنی زمانی اتفاق می‌افتد که سیستم دفاعی طبیعی بدن به اشتباه به سلول‌های طبیعی حمله کند. رُماتیسم مفصلی، پسوریازیس و تیروئید از شایع‌ترین بیماری‌های خودایمنی هستند که با افزایش سن، به ویژه در بین زنان افزایش می‌یابد.

ویتامین D و اسیدهای چرب امگا ۳ مشتق شده از غذاهای دریایی هر دو اثر مفیدی بر التهاب و ایمنی دارند، اما هیچ کارآزمایی تصادفی بزرگی آزمایش نکرده است که آیا این مکمل‌ها می‌توانند خطر ابتلا به بیماری‌های خود ایمنی را کاهش دهند یا خیر.

بنابراین محققان تصمیم گرفتند تاثیر ویتامین D و مکمل‌های روغن ماهی امگا ۳ را بر میزان بیماری‌های خودایمنی در ۲۵ هزار و ۸۷۱ بزرگسال آمریکایی(میانگین سنی ۶۷ سال، ۵۱ درصد زن، ۷۱ درصد سفیدپوست غیر هیسپانیک) آزمایش کنند. ‍هیسپانیک صفتی است که به مردم اسپانیایی‌زبان یا پرتغالی‌زبان به ویژه در آمریکای لاتین اطلاق می‌شود.

شرکت کنندگان هنگامی که به کارآزمایی ملحق شدند، اطلاعاتی در مورد سن، قومیت، منطقه محل سکونت، درآمد، تحصیلات، سبک زندگی، وزن، تاریخچه پزشکی، رژیم غذایی و مصرف مکمل ارائه کردند. سطح ویتامین D و اسیدهای چرب امگا ۳ خون آنها نیز اندازه گیری شد.

سپس شرکت‌کنندگان به‌طور تصادفی ویتامین D(۲۰۰۰ واحد بین‌المللی در روز) یا دارونمای همسان و اسیدهای چرب امگا ۳(۱۰۰۰ میلی‌گرم در روز) یا دارونمای همسان دریافت کردند و از آنها خواسته شد که هر بیماری خودایمنی تشخیص داده‌ شده را طی یک دوره متوسط ​​۵.۳ ساله گزارش کنند.  

این بیماری‌ها شامل رُماتیسم مفصلی، پلی میالژی روماتیکا(درد و سفتی در عضلات اطراف شانه، گردن و باسن)، بیماری تیروئید و پسوریازیس و غیره بودند.

در طول دوره کامل کارآزمایی، یک بیماری خودایمنی تایید شده در ۱۲۳ شرکت‌کننده در گروه ویتامین D در مقایسه با ۱۵۵ شرکت‌کننده در گروه دارونما تشخیص داده شد. در گروه اسیدهای چرب امگا ۳، ۱۳۰ مورد تایید شده بود و درگروه دارونما ۱۴۸ مورد تشخیص داده شد. با این حال پس از بررسی‌ها، نتایج آزمایشات نشان دادند که مکمل‌های اسید چرب امگا ۳ به طور قابل‌توجهی میزان آن بیماری‌ها را تا ۱۸ درصد در مقایسه با دارونما کاهش دادند که نشان‌دهنده تأثیر بالای مصرف طولانی‌تر مکمل‌ها است. محققان اظهار کردند هر دو مکمل ویتامین D و اسیدهای چرب امگا ۳ در مقایسه با دارونما به تنهایی میزان ابتلا به بیماری خود ایمنی را حدود ۳۰ درصد کاهش دادند.

محققان می‌گویند که این اولین شواهد مستقیمی است که نشان می‌دهد مصرف روزانه مکمل با هر یک از این داروها یا ترکیبی از ویتامین D و اسیدهای چرب امگا ۳ ، به مدت پنج سال در میان بزرگسالان مسن آمریکا باعث کاهش بروز بیماری‌های خودایمنی می‌شود و پس از دو سال اثر واضح‌تری دارد.

نقش مهم یک پروتئین در عملکرد سلول‌های بنیادی خون

پژوهشگران "کالج پزشکی وایل کرنل" با همکاری دکتر "شاهین رفیعی"، دانشمند ایرانی موفق شده‌اند نقش مهم یک پروتئین را در حفظ عملکرد درست سلول‌های بنیادی خون نشان دهند.

به گزارش ایسنا و به نقل از نیوز مدیکال نت، بررسی جدید پژوهشگران "کالج پزشکی وایل کرنل"(Weill Cornell Medicine) نشان می‌دهد پروتئینی که مغز متفکر نحوه پیچیده شدن DNA در کروموزوم‌ها است، نقش مهمی در عملکرد سالم سلول‌های بنیادی خون دارد.

پروتئینی که به عنوان "هیستون اچ۳" (Histone H3) شناخته می‌شود، ساختارهای قرقره مانندی را که DNA گیاهان، حیوانات و بسیاری از موجودات دیگر در اطراف آن پیچیده شده است، سازمان‌دهی می‌کند. هیستون‌ها به DNA کمک می‌کنند تا فشرده شود و به عنوان بستری برای تغییرات شیمیایی کوچک موسوم به اصلاحات اپی‌ژنتیک عمل کند که می‌توانند DNA پیچیده‌ شده را برای کنترل فعالیت ژن، شل یا سفت کنند.

این پژوهش، نقش هیستون اچ۳ را در سلول‌های بنیادی خون که به "سلول‌های بنیادی خونساز"(HSCs) نیز مشهور هستند و تمرکز اصلی تلاش‌های صورت‌ گرفته برای توسعه پزشکی مبتنی بر سلول‌های بنیادی به شمار می‌شوند، مورد بررسی قرار می‌دهد. معمولا، بیشتر سلول‌های بنیادی خون‌ساز، در یک حالت ساقه مانند باقی می‌مانند که در آن می‌توانند برای بلندمدت زنده بمانند و به آرامی خود را بازسازی کنند. این در حالی است که برخی از سلول‌های بنیادی خون‌ساز بالغ می‌شوند یا متمایز می‌گردند تا انواع گوناگونی از سلول‌های خونی را تولید کنند. این پژوهش نشان داد که هیستون اچ۳ برای هر دو فرآیند بسیار مهم است. حذف پروتئین از سلول‌های بنیادی خون‌ساز، به کاهش بقای آنها و سایر ناهنجاری‌ها منجر شد.

دکتر "شاهین رفیعی"(Shahin Rafii)، از پژوهشگران این پروژه گفت: این که سلول‌های بنیادی خون‌ساز چگونه بازسازی و تبدیل شدن خود به انواع سلول‌های خونی را به طور متعادل هماهنگ می‌کنند، همیشه یک راز بوده است اما این پژوهش به ما کمک می‌کند تا این فرآیندها را در سطح مولکولی بسیار بهتر درک کنیم و سرنخ‌های جدیدی به ما می‌دهد تا آنها را در پژوهش‌های بیشتری مورد بررسی قرار دهیم.

سلول‌های بنیادی خون‌ساز به دلیل اهمیت آنها در سلامتی و بیماری و قابلیت آنها در پزشکی ترمیمی، از جمله سلول‌های بنیادی هستند که بیشتر مورد بررسی قرار گرفته‌اند. یک سلول‌ بنیادی خون‌ساز می‌تواند همه انواع سلول‌های خونی، از گلبول‌های قرمز و پلاکت‌ها گرفته تا سلول‌های T، سلول‌های B و ماکروفاژهای قاتل عامل بیماری‌زا را ایجاد کند. داشتن درک دقیق‌تر در مورد نحوه عملکرد سلول‌های بنیادی خون‌ساز می‌تواند کاربردهای بسیاری برای انتقال خون و پیوند بهتر سلول‌های بنیادی خون‌ساز در بیماران مبتلا به سرطان داشته باشد. علاوه بر این، درک این که سلول‌های بنیادی خون‌ساز چگونه پس از جهش‌های نابجا، به بروز سرطان خون منجر می‌شوند، می‌تواند به توسعه درمان‌های جدیدی برای این بیماری‌های بدخیم کمک کند که اغلب نسبت به درمان مقاوم هستند.

هیستون اچ۳ در سال‌های اخیر، مرکز توجه زیست‌شناسان نیز بوده است و شواهدی مبنی بر اهمیت آن برای سلول‌های بنیادی خون‌ساز و سایر سلول‌های بنیادی و همچنین نقش جهش آن در بروز سرطان‌های گوناگون ارائه شده‌اند اما نقش هیستون اچ۳ در این زمینه هنوز کاملا آشکار نشده است.

دکتر "دوانچنگ ون"(Duancheng Wen)، از پژوهشگران این پروژه گفت: این پژوهش نشان می‌دهد که دو ژن گوناگون موسوم به "H3.3A" و "H3.3B"، پروتئین هیستون اچ۳ را به صورت یکسان کدگذاری می‌کنند. بنابراین، ما مجبور شدیم با استفاده از مهندسی ژنتیک، هر دو ژن را در موش‌ها حذف کنیم؛ کاری که به دستکاری ژنتیکی زیادی در سلول‌های بنیادی نیاز دارد.

دکتر "یینگ لیو"(Ying Liu)، از پژوهشگران این پروژه گفت: آزمایش ما، امکان حذف کامل پروتئین هیستون اچ۳ را در همه اندام‌ها یا انواع خاصی از آنها در مرحله رشد یک موش فراهم می‌کند. ما با استفاده از این روش نشان دادیم که عدم حضور هیستون اچ۳ در بزرگسالی، در درجه اول به کاهش سلول‌های بنیادی خون‌ساز در بلندمدت منجر می‌شود که تولید سلول‌های خون در آینده به آن بستگی دارد.

وی افزود: مهمتر از همه این که ما شواهدی پیدا کردیم که نشان می‌دهند هیستون اچ۳ تا حدودی با تثبیت چندین نشانه اپی‌ژنتیکی کلیدی در ژن‌های مربوط به رشد و "رتروویروس‌های درون‌زا"(ERVs)، تأثیرات خود را بر سلول‌های بنیادی خون‌ساز می‌گذارند.

دکتر "پیپی گو"(Peipei Guo)، از پژوهشگران این پروژه گفت: یکی از مشاهدات جالب این بود که حذف هیستون اچ۳ به از بین رفتن نشانه‌های اپی‌ژنتیکی منجر می‌شود که معمولا رتروویروس‌های درون‌زا را سرکوب می‌کنند. این به نوبه خود به فعال شدن یک واکنش التهابی در سلول‌های آسیب‌دیده منجر می‌شود و تولید ناهنجار سلول‌های خونی را به همراه دارد. این مشابه همان چیزی است که در برخی از انواع لوسمی دیده می‌شود.

"اندرو دامان"(Andrew Daman)، از پژوهشگران این پروژه گفت: به نظر می‌رسد که هیستون اچ۳ مانند یک تنظیم‌کننده اصلی، به بازسازی سلول‌های بنیادی خون‌ساز کمک می‌کند. این پروتئین، پتانسیل گسترده‌ای به عنوان یک هدف درمانی دارد.

لیو گفت: پیام اصلی ما این است که رشد طبیعی سلول‌های خونی نیازمند تنظیم اپی‌ژنتیک مناسب ارائه‌ شده توسط هیستون اچ۳ است.

این گروه پژوهشی اکنون در حال برنامه‌ریزی برای بررسی‌های بیشتر در مورد سلول‌های بنیادی خون‌ساز و سایر سلول‌ها هستند تا با جزئیات بیشتری بفهمند که هیستون اچ۳ چگونه اثرات خود را اعمال می‌کند و در صورت غیبت آن چه اتفاقی می‌افتد. مهم‌تر از همه این که توسعه روش‌هایی برای نظارت بر هیستون اچ۳ ممکن است بتواند به افزایش موثرتر تولید خون کمک کند.

دکتر رفیعی گفت: در نهایت، گروه ما به بررسی این موضوع می‌پردازد که هیستون اچ۳ چگونه عملکرد سلول‌های حفره‌دار را کنترل می‌کند. به عنوان نمونه می‌توان به رگ‌های خونی اشاره کرد که نوسازی سلول‌های بنیادی را هماهنگ می‌کنند و احتمالا از ظهور بدخیمی‌هایی مانند لوسمی‌ها جلوگیری می‌کنند.

این پژوهش، در مجله "Nature Cell Biology" به چاپ رسید.