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A exposição a altas temperaturas neutraliza SARS-CoV-2 em menos de um segundo

A pesquisa da Texas A&M mostra que a exposição a altas temperaturas pode neutralizar o vírus, evitando que infecte outro hospedeiro humano. Crédito: Texas…

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A pesquisa da Texas A&M mostra que a exposição a altas temperaturas pode neutralizar o vírus, evitando que infecte outro hospedeiro humano

Arum Han, professor do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Texas A&M University, e seus colaboradores projetaram um sistema experimental que mostra a exposição do SARS-CoV-2 a uma temperatura muito alta, mesmo se aplicado por menos de um segundo, pode ser suficiente para neutralizar o vírus de forma que ele não possa mais infectar outro hospedeiro humano.

A aplicação de calor para neutralizar COVID-19 já foi demonstrada antes, mas em estudos anteriores as temperaturas foram aplicadas de um a 20 minutos. Esse período de tempo não é uma solução prática, pois aplicar calor por um longo período é difícil e caro. Han e sua equipe demonstraram agora que o tratamento térmico por menos de um segundo inativa completamente o coronavírus – fornecendo uma possível solução para mitigar a disseminação contínua do COVID-19, particularmente por meio da transmissão aérea de longo alcance.

A Medistar Corporation abordou a liderança e os pesquisadores da Faculdade de Engenharia na primavera de 2020 para colaborar e explorar a possibilidade de aplicar calor por um curto período de tempo para matar COVID-19. Logo depois, Han e sua equipe começaram a trabalhar e criaram um sistema para investigar a viabilidade de tal procedimento.

O processo funciona aquecendo uma seção de um tubo de aço inoxidável, através do qual a solução contendo o coronavírus é passada, a uma temperatura alta e, em seguida, resfriando a seção imediatamente após. Esta configuração experimental permite que o coronavírus que corre através do tubo seja aquecido apenas por um período de tempo muito curto. Por meio desse rápido processo térmico, a equipe descobriu que o vírus foi completamente neutralizado em um tempo significativamente menor do que se pensava ser possível. Seus resultados iniciais foram divulgados dentro de dois meses de experimentos de prova de conceito.

Han disse que se a solução for aquecida a quase 72 graus Celsius por cerca de meio segundo, pode reduzir o título do vírus, ou a quantidade do vírus na solução, em 100.000 vezes, o que é suficiente para neutralizar o vírus e prevenir a transmissão.

“O impacto potencial é enorme”, disse Han. “Eu estava curioso para saber quão altas as temperaturas podemos aplicar em tão curto período de tempo e para ver se podemos realmente inativar o coronavírus por calor em apenas um curto período de tempo. E, se essa estratégia de neutralização de coronavírus com base na temperatura funcionaria ou não do ponto de vista prático. O maior motivador foi: ‘Podemos fazer algo que possa mitigar a situação com o coronavírus?’ ”

A pesquisa deles foi capa da edição de maio da revista Biotechnology and Bioengineering.

Este tratamento térmico de sub-segundo é não apenas uma solução mais eficiente e prática para impedir a propagação de COVID-19 pelo ar, mas também permite a implementação deste método em sistemas existentes, como sistemas de aquecimento, ventilação e ar condicionado .

Também pode levar a aplicações potenciais com outros vírus, como o vírus da gripe, que também se espalham pelo ar. Han e seus colaboradores esperam que este método de inativação por calor possa ser amplamente aplicado e tenha um verdadeiro impacto global.

“A gripe é menos perigosa, mas ainda se mostra mortal a cada ano, então se isso pode levar ao desenvolvimento de um sistema de purificação do ar, isso seria um grande negócio, não apenas para o coronavírus, mas para outros vírus transportados pelo ar em geral”, disse Han .

Em seu trabalho futuro, os pesquisadores construirão um chip de teste em escala microfluídica que permitirá o tratamento térmico de vírus por períodos muito mais curtos de tempo, por exemplo, dezenas de milissegundos, com a esperança de identificar uma temperatura que permita o vírus ser inativado mesmo com um tempo de exposição tão curto.

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Os principais autores do trabalho são pesquisadores de pós-doutorado em engenharia elétrica, Yuqian Jiang e Han Zhang. Outros colaboradores deste projeto são o Professor Julian L. Leibowitz, e o Professor Associado Paul de Figueiredo da Faculdade de Medicina; o pesquisador de pós-doutorado biomédico Jose A. Wippold; Jyotsana Gupta, cientista de pesquisa associado em patogênese microbiana e imunologia; e Jing Dai, cientista pesquisador assistente de engenharia elétrica.

Este trabalho foi financiado por doações da Medistar Corporation. Vários pesquisadores da equipe do projeto também foram apoiados por doações do Instituto Nacional de Alergia e Doenças Infecciosas do National Institutes of Health.

Link do vídeo do YouTube: https://youtu.be/noke1baewDs

Legenda do vídeo do YouTube: Tratamento térmico de sub-segundo de coronavírus

Crédito do vídeo: Texas A&M University College of Engineering

Link do diário: https://onlinelibrary.wiley.com/toc/10970290/2021/118/5

https://today.tamu.edu/2021/04/26/exposure-to-high-heat-neutralizes-sars-cov-2-in-less-than-one-second/

O processo funciona aquecendo uma seção de um tubo de aço inoxidável, através do qual a solução contendo o coronavírus é passada, a uma temperatura alta e, em seguida, resfriando a seção imediatamente após. Esta configuração experimental permite que o coronavírus que corre através do tubo seja aquecido apenas por um período de tempo muito curto. Por meio desse rápido processo térmico, a equipe descobriu que o vírus foi completamente neutralizado em um tempo significativamente menor do que se pensava ser possível. Seus resultados iniciais foram divulgados dentro de dois meses de experimentos de prova de conceito.

Source: https://bioengineer.org/exposure-to-high-heat-neutralizes-sars-cov-2-in-less-than-one-second/

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Os cientistas demonstram uma nova abordagem promissora para o tratamento da fibrose cística

Cientistas liderados pelos pesquisadores da Escola de Medicina da UNC, Silvia Kreda, Ph.D., e Rudolph Juliano, Ph.D., criaram uma terapia de oligonucleotídeo aprimorada…

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Cientistas liderados pelos pesquisadores da UNC School of Medicine Silvia Kreda, Ph.D., e Rudolph Juliano, Ph.D., criaram uma estratégia de terapia de oligonucleotídeos aprimorada com potencial para tratar outras doenças pulmonares, como DPOC e asma

Cientistas da CHAPEL HILL, NC – UNC School of Medicine lideraram uma colaboração de pesquisadores para demonstrar uma nova estratégia potencialmente poderosa para o tratamento da fibrose cística (FC) e potencialmente uma ampla gama de outras doenças. Envolve pequenas moléculas de ácido nucléico chamadas oligonucleotídeos, que podem corrigir alguns dos defeitos genéticos subjacentes à FC, mas não são tratados pelas terapias moduladoras existentes. Os pesquisadores usaram um novo método de entrega que supera os obstáculos tradicionais de obtenção de oligonucleotídeos nas células pulmonares.

Como os cientistas relataram na revista Nucleic Acids Research, eles demonstraram a notável eficácia de sua abordagem em células derivadas de um paciente com FC e em camundongos.

“Com a nossa plataforma de entrega de oligonucleotídeos, fomos capazes de restaurar a atividade da proteína que não funciona normalmente na FC e vimos um efeito prolongado com apenas uma dose modesta, então estamos muito animados com o potencial desta estratégia, ”Disse a autora sênior do estudo Silvia Kreda, PhD, professora associada do Departamento de Medicina da UNC e do Departamento de Bioquímica e Biofísica da UNC, e membro do Instituto Marsico Lung da Escola de Medicina da UNC.

Kreda e seu laboratório colaboraram no estudo com uma equipe chefiada por Rudolph Juliano, PhD, Boshamer Distinguished Professor Emérito no Departamento de Farmacologia da UNC e co-fundador e Diretor Científico da startup de biotecnologia Initos Pharmaceuticals.

Cerca de 30.000 pessoas nos Estados Unidos têm FC, um distúrbio hereditário no qual mutações genéticas causam a ausência funcional de uma proteína importante chamada CFTR. Na ausência de CFTR, o muco que reveste os pulmões e as vias aéreas superiores torna-se desidratado e altamente suscetível a infecções bacterianas, que ocorrem com frequência e levam a danos pulmonares progressivos.

Os tratamentos para FC agora incluem drogas moduladoras de CFTR, que restauram efetivamente a função CFTR parcial em muitos casos. No entanto, os moduladores CFTR não podem ajudar cerca de dez por cento dos pacientes com FC, geralmente porque o defeito do gene subjacente é do tipo conhecido como defeito de splicing.

CF e defeitos de emenda

O splicing é um processo que ocorre quando os genes são copiados – ou transcritos – em fitas temporárias de RNA. Um complexo de enzimas e outras moléculas corta a fita de RNA e as remonta, normalmente após a exclusão de certos segmentos indesejados. O splicing ocorre para a maioria dos genes humanos, e as células podem remontar os segmentos de RNA de diferentes maneiras, de modo que diferentes versões de uma proteína podem ser feitas a partir de um único gene. No entanto, defeitos no splicing podem levar a muitas doenças – incluindo CF quando o gene transcrito de CFTR é mal-splicado.

Em princípio, os oligonucleotídeos adequadamente projetados podem corrigir alguns tipos de defeitos de emenda. Nos últimos anos, a Food and Drug Administration aprovou duas terapias de "oligonucleotídeo de troca de splice" para doenças musculares hereditárias.

Na prática, porém, colocar os oligonucleotídeos nas células e nos locais dentro das células onde eles podem corrigir defeitos de splicing de RNA tem sido extremamente desafiador para alguns órgãos.

“Tem sido especialmente difícil obter concentrações significativas de oligonucleotídeos nos pulmões para tratar doenças pulmonares”, disse Kreda.

Os oligonucleotídeos terapêuticos, quando injetados no sangue, precisam enfrentar uma longa série de sistemas biológicos projetados para manter o corpo protegido de vírus e outras moléculas indesejadas. Mesmo quando os oligonucleotídeos entram nas células, os mais geralmente ficam presos em vesículas chamadas endossomos e são enviados de volta para fora da célula ou degradados por enzimas antes de poderem fazer seu trabalho.

Uma nova estratégia de entrega

A estratégia desenvolvida por Kreda, Juliano e seus colegas supera esses obstáculos adicionando dois novos recursos aos oligonucleotídeos de troca de emenda: Em primeiro lugar, os oligonucleotídeos são conectados a moléculas curtas semelhantes a proteínas chamadas peptídeos, que são projetadas para ajudá-los a se distribuir no corpo e entrar nas células. Em segundo lugar, há um tratamento separado com pequenas moléculas chamadas OECs, desenvolvido por Juliano e Initos, que ajudam os oligonucleotídeos terapêuticos a escapar de seu aprisionamento dentro dos endossomos.

Os pesquisadores demonstraram essa abordagem combinada em células cultivadas das vias aéreas de um paciente humano com FC com uma mutação de defeito de splicing comum.

“Adicioná-lo apenas uma vez a essas células, em uma concentração relativamente baixa, corrigiu essencialmente o CFTR para um nível normal de funcionamento, sem evidência de toxicidade para as células”, disse Kreda.

Os resultados foram muito melhores com do que sem OECs e melhoraram com a dose de OEC.

Não existe um modelo de camundongo para CF com defeito de splicing, mas os pesquisadores testaram com sucesso sua abordagem geral usando um oligonucleotídeo diferente em um modelo de camundongo de um defeito de splicing que afeta um gene repórter. Nesses experimentos, os pesquisadores observaram que a correção do defeito de splicing nos pulmões dos camundongos durou pelo menos três semanas após um único tratamento – sugerindo que os pacientes que tomam essas terapias podem precisar apenas de doses esporádicas.

Os pesquisadores agora planejam mais estudos pré-clínicos de seu potencial tratamento para a FC em preparação para possíveis ensaios clínicos.

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Yan Dang, Catharina van Heusden, Veronica Nickerson, Felicity Chung, Yang Wang, Nancy Quinney, Martina Gentzsch e Scott Randell foram outros contribuintes para este estudo do Instituto Marsico Lung; Ryszard Kole, co-autor do Departamento de Farmacologia da UNC.

A Cystic Fibrosis Foundation e os National Institutes of Health apoiaram este trabalho.

https://news.unchealthcare.org/2021/06/scientists-demonstrate-promising-new-approach-for-treating-cystic-fibrosis/

Source: https://bioengineer.org/scientists-demonstrate-promising-new-approach-for-treating-cystic-fibrosis/

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Pele artificial com hematomas pode ajudar próteses, robôs detectam lesões

Crédito: Adaptado de ACS Applied Materials & Interfaces 2021, DOI: 10.1021 / acsami.1c04911 Quando alguém bate o cotovelo contra a parede, eles…

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Crédito: Adaptado de ACS Applied Materials & Interfaces 2021, DOI: 10.1021 / acsami.1c04911

Quando alguém bate com o cotovelo contra a parede, não só sente dor, mas também pode sentir hematomas. Robôs e membros protéticos não têm esses sinais de alerta, o que pode levar a mais lesões. Agora, os pesquisadores relatando na ACS Applied Materials & Interfaces desenvolveram uma pele artificial que detecta a força por meio de sinais iônicos e também muda a cor do amarelo para um roxo semelhante a um hematoma, fornecendo uma pista visual de que o dano ocorreu.

Os cientistas desenvolveram muitos tipos diferentes de skins eletrônicos, ou e-skins, que podem sentir estímulos por meio da transmissão de elétrons. Porém, nem sempre esses condutores elétricos são biocompatíveis, o que poderia limitar seu uso em alguns tipos de próteses. Em contraste, as películas iônicas, ou películas I, usam íons como transportadores de carga, semelhantes à pele humana. Esses hidrogéis ionicamente condutores têm transparência, elasticidade e biocompatibilidade superiores em comparação com e-skins. Qi Zhang, Shiping Zhu e colegas queriam desenvolver um I-skin que, além de registrar mudanças no sinal elétrico com uma força aplicada, também pudesse mudar de cor para imitar hematomas humanos.

Os pesquisadores fizeram um organohidrogel iônico que continha uma molécula, chamada espiropirana, que muda de cor de amarelo claro para roxo-azulado sob estresse mecânico. Nos testes, o gel mostrou mudanças na cor e na condutividade elétrica quando esticado ou comprimido, e a cor roxa permaneceu por 2 a 5 horas antes de voltar ao amarelo. Em seguida, a equipe colou o I-skin em diferentes partes do corpo dos voluntários, como dedo, mão e joelho. Dobrar ou esticar causava uma mudança no sinal elétrico, mas não machucava, assim como a pele humana. No entanto, pressões fortes e repetidas, golpes e beliscões produziram uma mudança de cor. O I-skin, que responde como a pele humana em termos de sinalização elétrica e óptica, abre novas oportunidades para detectar danos em dispositivos protéticos e robótica, dizem os pesquisadores.

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Os autores reconhecem o financiamento da Fundação Nacional de Ciências Naturais da China, o Programa para Equipes Inovadoras e Empresariais de Guangdong, Programa de Ciência e Tecnologia de Shenzhen, Programa Especial para Governo Central Orientando o Desenvolvimento de Ciência e Tecnologia Local: Plataforma de Pesquisa de Materiais Funcionais de Purificação Ambiental, Shenzhen Laboratório-chave de Engenharia de Produto de Materiais Avançados e Fundo Presidencial CUHK-Shenzhen.

O resumo que acompanha este artigo está disponível aqui.

A American Chemical Society (ACS) é uma organização sem fins lucrativos licenciada pelo Congresso dos EUA. A missão da ACS é promover o empreendimento químico mais amplo e seus praticantes para o benefício da Terra e de todo o seu povo. A Sociedade é líder global na promoção da excelência na educação científica e no fornecimento de acesso a informações e pesquisas relacionadas à química por meio de suas várias soluções de pesquisa, periódicos revisados ​​por pares, conferências científicas, e-books e periódicos semanais de notícias Química e Engenharia. Os periódicos da ACS estão entre os mais citados, mais confiáveis ​​e mais lidos na literatura científica; no entanto, a própria ACS não realiza pesquisas químicas. Como líder em soluções de informações científicas, sua divisão CAS faz parceria com inovadores globais para acelerar avanços por meio da curadoria, conexão e análise do conhecimento científico mundial. Os escritórios principais da ACS estão em Washington, D.C. e Columbus, Ohio.

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Source: https://bioengineer.org/bruisable-artificial-skin-could-help-prosthetics-robots-sense-injuries/

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Os computadores predizem os gostos das pessoas em arte

Novo estudo oferece uma visão sobre como as pessoas fazem julgamentos estéticos. Crédito: Smithsonian American Art Museum, presente da Sra. Joseph Schillinger Do…

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Crédito: Smithsonian American Art Museum, presente da Sra. Joseph Schillinger

Você gosta das pinceladas grossas e das paletas de cores suaves de uma pintura impressionista como as de Claude Monet? Ou você prefere as cores fortes e formas abstratas de um Rothko? Os gostos artísticos individuais têm uma certa mística, mas agora um novo estudo da Caltech mostra que um simples programa de computador pode prever com precisão quais pinturas uma pessoa vai gostar.

O novo estudo, publicado na revista Nature Human Behavior, utilizou a plataforma de crowdsourcing da Amazon Mechanical Turk para alistar mais de 1.500 voluntários para avaliar pinturas nos gêneros do impressionismo, cubismo, abstrato e campo de cores. As respostas dos voluntários foram inseridas em um programa de computador e então, após este período de treinamento, o computador poderia prever as preferências artísticas dos voluntários muito melhor do que aconteceria por acaso.

“Eu costumava pensar que a avaliação da arte era pessoal e subjetiva, então fiquei surpreso com esse resultado”, diz o autor principal Kiyohito Iigaya, um pós-doutorando que trabalha no laboratório do professor de psicologia da Caltech, John O’Doherty.

As descobertas não apenas demonstraram que os computadores podem fazer essas previsões, mas também levaram a um novo entendimento sobre como as pessoas julgam a arte.

“O ponto principal é que estamos obtendo uma visão sobre o mecanismo que as pessoas usam para fazer julgamentos estéticos”, diz O’Doherty. “Ou seja, que as pessoas parecem usar recursos de imagem elementares e combinar sobre eles. Esse é o primeiro passo para entender como o processo funciona. ”

No estudo, a equipe programou o computador para quebrar os atributos visuais de uma pintura no que eles chamaram de características de baixo nível – traços como contraste, saturação e matiz – bem como características de alto nível, que requerem julgamento humano e incluem características como como se a pintura é dinâmica ou estática.

“O programa de computador então estima o quanto um recurso específico é levado em consideração ao tomar uma decisão sobre o quanto gostar de uma determinada obra de arte”, explica Iigaya. “Os recursos de baixo e alto nível são combinados ao tomar essas decisões. Uma vez que o computador estimou isso, ele pode prever com sucesso o gosto de uma pessoa por outra obra de arte nunca vista antes. ”

Os pesquisadores também descobriram que os voluntários tendiam a se agrupar em três categorias gerais: aqueles que gostam de pinturas com objetos da vida real, como uma pintura impressionista; aqueles que gostam de pinturas abstratas coloridas, como um Rothko; e quem gosta de pinturas complexas, como os retratos cubistas de Picasso. A maioria das pessoas caiu na primeira categoria de “objeto da vida real”. “Muitas pessoas gostaram das pinturas impressionistas”, diz Iigaya.

Além disso, os pesquisadores descobriram que também poderiam treinar uma rede neural convolucional profunda (DCNN) para aprender a prever as preferências artísticas do voluntário com um nível semelhante de precisão. Um DCNN é um tipo de programa de aprendizado de máquina, no qual um computador é alimentado com uma série de imagens de treinamento para que possa aprender a classificar objetos, como cães e gatos. Essas redes neurais têm unidades que estão conectadas umas às outras como neurônios em um cérebro. Ao alterar a força da conexão de uma unidade para outra, a rede pode "aprender".

Nesse caso, a abordagem de aprendizado profundo não incluiu nenhum dos recursos visuais de baixo ou alto nível selecionados usados ​​na primeira parte do estudo, então o computador teve que “decidir” quais recursos analisar por conta própria.

“Em modelos de redes neurais profundas, não sabemos exatamente como a rede está resolvendo uma tarefa específica porque os modelos aprendem por si próprios de maneira muito semelhante à dos cérebros reais”, explica Iigaya. “Pode ser muito misterioso, mas quando olhamos dentro da rede neural, pudemos dizer que ela estava construindo as mesmas categorias de recursos que selecionamos.” Esses resultados sugerem a possibilidade de que os recursos usados ​​para determinar a preferência estética possam surgir naturalmente em uma arquitetura semelhante ao cérebro.

“Agora estamos analisando ativamente se esse é realmente o caso, observando os cérebros das pessoas enquanto elas tomam esses mesmos tipos de decisões”, diz O’Doherty.

Em outra parte do estudo, os pesquisadores também demonstraram que seu programa de computador simples, que já havia sido treinado em preferências artísticas, poderia prever com precisão quais fotos os voluntários gostariam. Eles mostraram aos voluntários fotos de piscinas, comida e outras cenas, e viram resultados semelhantes aos que envolviam pinturas. Além disso, os pesquisadores mostraram que inverter a ordem também funcionou: após o primeiro treinamento de voluntários em fotos, eles poderiam usar o programa para prever com precisão as preferências artísticas dos sujeitos.

Embora o programa de computador tenha tido sucesso em prever as preferências artísticas dos voluntários, os pesquisadores dizem que ainda há mais a aprender sobre as nuances que influenciam o gosto de qualquer indivíduo.

“Existem aspectos de preferências exclusivos de um determinado indivíduo que não conseguimos explicar usando este método”, diz O’Doherty. “Este componente mais idiossincrático pode estar relacionado a características semânticas, ou ao significado de uma pintura, experiências passadas e outras características pessoais individuais que podem influenciar a avaliação. Ainda pode ser possível identificar e aprender sobre esses recursos em um modelo de computador, mas fazer isso envolverá um estudo mais detalhado das preferências de cada indivíduo de uma forma que não pode ser generalizada entre os indivíduos como encontramos aqui. ”

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O estudo, intitulado “A preferência estética pela arte pode ser prevista a partir de uma mistura de recursos visuais de baixo e alto nível”, foi financiado pelo Instituto Nacional de Saúde Mental (por meio do Centro Conte da Caltech para Neurobiologia da Tomada de Decisões Sociais), o Instituto Nacional de Abuso de Drogas, a Sociedade Japonesa para a Promoção da Ciência, a Fundação Swartz, a Fundação Suntory e a Bolsa de Pesquisa de Graduação de Verão de William H. e Helen Lang. Outros autores do Caltech incluem Sanghyun Yi, Iman A. Wahle (BS '20) e Koranis Tanwisuth, que agora é estudante de graduação na UC Berkeley.

“Eu costumava pensar que a avaliação da arte era pessoal e subjetiva, então fiquei surpreso com esse resultado”, diz o autor principal Kiyohito Iigaya, um pós-doutorando que trabalha no laboratório do professor de psicologia da Caltech, John O’Doherty.

Source: https://bioengineer.org/computers-predict-peoples-tastes-in-art/

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