Connect with us

Биоинженер

Воздействие высокой температуры нейтрализует SARS-CoV-2 менее чем за одну секунду.

Исследование Texas A&M показывает, что воздействие высоких температур может нейтрализовать вирус, не давая ему заразить другого человека-носителяКредит: Техас…

Published

on

Исследование Texas A&M показывает, что воздействие высоких температур может нейтрализовать вирус, не давая ему заразить другого человека-хозяина.

Арум Хан, профессор кафедры электротехники и компьютерной инженерии Техасского университета A&M, и его сотрудники разработали экспериментальную систему, которая показывает воздействие на SARS-CoV-2 очень высокой температуры, даже если применяется менее секунды, может быть достаточным для нейтрализации вируса, чтобы он больше не мог заразить другого человека-хозяина.

Применение тепла для нейтрализации COVID-19 было продемонстрировано и раньше, но в предыдущих исследованиях температура применялась от одной до 20 минут. Такой период времени не является практическим решением, так как применение тепла в течение длительного периода времени сложно и дорого. Хан и его команда продемонстрировали, что термообработка менее чем за секунду полностью инактивирует коронавирус, предоставляя возможное решение для смягчения продолжающегося распространения COVID-19, особенно за счет передачи по воздуху на большие расстояния.

Весной 2020 года корпорация Medistar обратилась к руководству и исследователям из Инженерного колледжа с просьбой о сотрудничестве и изучении возможности применения тепла на короткое время для уничтожения COVID-19. Вскоре после этого Хан и его команда приступили к работе и создали систему для исследования возможности такой процедуры.

Их процесс заключается в нагревании одной секции трубы из нержавеющей стали, через которую проходит раствор, содержащий коронавирус, до высокой температуры, а затем сразу после этого охлаждение секции. Эта экспериментальная установка позволяет коронавирусу, проходящему через трубку, нагреваться только в течение очень короткого периода времени. Благодаря этому быстрому термическому процессу команда обнаружила, что вирус был полностью нейтрализован за значительно более короткое время, чем считалось возможным ранее. Их первоначальные результаты были опубликованы в течение двух месяцев после экспериментов по проверке правильности концепции.

Хан сказал, что если раствор нагреть почти до 72 градусов по Цельсию в течение примерно полсекунды, он может снизить титр вируса или количество вируса в растворе в 100000 раз, что достаточно для нейтрализации вируса и предотвращения передачи.

«Потенциальное воздействие огромно, – сказал Хан. «Мне было любопытно, насколько высокие температуры мы можем применить в короткие сроки, и посмотреть, действительно ли мы можем инактивировать коронавирус нагреванием за очень короткое время. И будет ли такая стратегия нейтрализации коронавируса на основе температуры работать или нет с практической точки зрения. Самым главным драйвером было: «Можем ли мы сделать что-то, что могло бы смягчить ситуацию с коронавирусом?» »

Их исследование было показано на обложке майского номера журнала «Биотехнология и биоинженерия».

Эта субсекундная термообработка является не только более эффективным и практичным решением для остановки распространения COVID-19 по воздуху, но также позволяет реализовать этот метод в существующих системах, таких как системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. .

Это также может привести к потенциальным приложениям с другими вирусами, такими как вирус гриппа, которые также распространяются по воздуху. Хан и его сотрудники ожидают, что этот метод тепловой инактивации может найти широкое применение и иметь глобальное влияние.

«Грипп менее опасен, но все же ежегодно оказывается смертельным, поэтому, если это может привести к разработке системы очистки воздуха, это будет иметь огромное значение не только для коронавируса, но и для других вирусов, передающихся по воздуху», – сказал Хан. .

В своей будущей работе исследователи создадут микрожидкостный тестовый чип, который позволит им обрабатывать вирусы в течение гораздо более коротких периодов времени, например, десятков миллисекунд, в надежде определить температуру, которая позволит вирусу быть инактивированным даже при таком коротком времени воздействия.

###

Ведущие авторы работы – докторанты в области электротехники Юйцянь Цзян и Хань Чжан. Другими участниками этого проекта являются профессор Джулиан Л. Лейбовиц и доцент Поль де Фигейредо из Медицинского колледжа; биомедицинский постдокторант Хосе А. Виппольд; Джотсана Гупта, младший научный сотрудник в области патогенеза микробов и иммунологии; и Цзин Дай, младший научный сотрудник по электротехнике.

Работа поддержана грантами Medistar Corporation. Несколько научных сотрудников проектной группы также получили гранты от Национального института аллергии и инфекционных заболеваний при Национальном институте здравоохранения.

Ссылка на видео YouTube: https://youtu.be/noke1baewDs

Заголовок видео на YouTube: Подсекундная термообработка коронавируса

Видео предоставлено: Технический колледж Техасского университета A&M

Ссылка на журнал: 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/

Их процесс заключается в нагревании одной секции трубы из нержавеющей стали, через которую проходит раствор, содержащий коронавирус, до высокой температуры, а затем сразу после этого охлаждение секции. Эта экспериментальная установка позволяет коронавирусу, проходящему через трубку, нагреваться только в течение очень короткого периода времени. Благодаря этому быстрому термическому процессу команда обнаружила, что вирус был полностью нейтрализован за значительно более короткое время, чем считалось возможным ранее. Их первоначальные результаты были опубликованы в течение двух месяцев после экспериментов по проверке правильности концепции.

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

Биоинженер

Ученые продемонстрировали новый многообещающий подход к лечению муковисцидоза

Ученые под руководством исследователей из Медицинской школы UNC Сильвия Креда, доктор философии, и Рудольф Джулиано, доктор философии, создали улучшенную олигонуклеотидную терапию….

Published

on

Ученые под руководством исследователей Медицинской школы UNC Сильвия Креда, доктор философии, и Рудольф Джулиано, доктор философии, создали улучшенную стратегию олигонуклеотидной терапии с потенциалом лечения других заболеваний легких, таких как ХОБЛ и астма.

ЧАПЕЛ-ХИЛЛ, Северная Каролина – Ученые из Медицинской школы UNC объединили усилия исследователей, чтобы продемонстрировать потенциально эффективную новую стратегию лечения муковисцидоза (CF) и, возможно, широкого спектра других заболеваний. Он включает в себя небольшие молекулы нуклеиновой кислоты, называемые олигонуклеотидами, которые могут исправлять некоторые дефекты генов, лежащие в основе CF, но не устраняются существующими терапиями модуляторами. Исследователи использовали новый метод доставки, который преодолевает традиционные препятствия на пути попадания олигонуклеотидов в клетки легких.

Как сообщили ученые в журнале Nucleic Acids Research, они продемонстрировали поразительную эффективность своего подхода на клетках, полученных от пациента с МВ, и на мышах.

«С нашей платформой доставки олигонуклеотидов мы смогли восстановить активность белка, который обычно не работает при МВ, и мы увидели пролонгированный эффект всего с одной умеренной дозой, поэтому мы действительно взволнованы потенциалом этой стратегии, – сказала старший автор исследования Сильвия Креда, доктор философии, доцент кафедры медицины UNC и кафедры биохимии и биофизики UNC, а также член Института легких Марсико Медицинской школы UNC.

Креда и ее лаборатория сотрудничали в исследовании с командой, возглавляемой Рудольфом Джулиано, доктором философии, заслуженным профессором Бошамера кафедры фармакологии UNC, соучредителем и главным научным директором биотехнологического стартапа Initos Pharmaceuticals.

Около 30 000 человек в Соединенных Штатах имеют CF, наследственное заболевание, при котором мутации генов вызывают функциональное отсутствие важного белка, называемого CFTR. При отсутствии CFTR слизь, выстилающая легкие и верхние дыхательные пути, становится обезвоженной и становится очень восприимчивой к бактериальным инфекциям, которые возникают часто и приводят к прогрессирующему повреждению легких.

В настоящее время для лечения МВ используются препараты-модуляторы CFTR, которые во многих случаях эффективно восстанавливают частичную функцию CFTR. Однако модуляторы CFTR не могут помочь примерно десяти процентам пациентов с МВ, часто потому, что основной дефект гена относится к типу, известному как дефект сплайсинга.

CF и дефекты стыковки

Сплайсинг – это процесс, который происходит, когда гены копируются или транскрибируются во временные цепи РНК. Затем комплекс ферментов и других молекул расщепляет цепь РНК и повторно собирает их, обычно после удаления определенных нежелательных сегментов. Сплайсинг происходит для большинства генов человека, и клетки могут повторно собирать сегменты РНК по-разному, поэтому разные версии белка могут быть созданы из одного гена. Однако дефекты сплайсинга могут привести ко многим заболеваниям, включая CF, когда транскрипт гена CFTR неправильно сплайсирован.

В принципе, правильно сконструированные олигонуклеотиды могут исправить некоторые виды дефектов сплайсинга. В последние годы Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США одобрило два метода лечения унаследованных мышечных заболеваний с использованием олигонуклеотидов с переключением сплайсинга.

Однако на практике получение олигонуклеотидов в клетках и в те места внутри клеток, где они могут исправить дефекты сплайсинга РНК, было для некоторых органов чрезвычайно сложной задачей.

«Было особенно трудно получить значительные концентрации олигонуклеотидов в легких для борьбы с легочными заболеваниями», – сказал Креда.

Терапевтические олигонуклеотиды при введении в кровь должны пройти долгий путь биологических систем, предназначенных для защиты организма от вирусов и других нежелательных молекул. Даже когда олигонуклеотиды попадают в клетки, большинство из них обычно захватываются везикулами, называемыми эндосомами, и отправляются обратно за пределы клетки или разлагаются ферментами, прежде чем они когда-либо смогут выполнять свою работу.

Новая стратегия доставки

Стратегия, разработанная Креда, Джулиано и их коллегами, преодолевает эти препятствия, добавляя две новые функции к олигонуклеотидам, переключающим сплайсинг: во-первых, олигонуклеотиды соединены с короткими белковоподобными молекулами, называемыми пептидами, которые предназначены для того, чтобы помогать им распределяться в организме. и попасть в клетки. Во-вторых, существует отдельное лечение небольшими молекулами, называемыми OEC, разработанное Джулиано и Initos, которое помогает терапевтическим олигонуклеотидам избежать захвата внутри эндосом.

Исследователи продемонстрировали этот комбинированный подход на культивированных клетках дыхательных путей пациента с муковисцидозом человека с распространенной мутацией дефекта сплайсинга.

«Добавление его только один раз к этим клеткам в относительно низкой концентрации, по существу, скорректировало CFTR до нормального уровня функционирования без каких-либо доказательств токсичности для клеток», – сказал Креда.

Результаты были намного лучше, чем без OEC, и улучшились с дозой OEC.

Не существует мышиной модели CF с дефектом сплайсинга, но исследователи успешно протестировали свой общий подход с использованием другого олигонуклеотида на мышиной модели дефекта сплайсинга, влияющего на репортерный ген. В этих экспериментах исследователи наблюдали, что исправление дефекта сплайсинга в легких мыши длилось не менее трех недель после однократного лечения, что указывает на то, что пациентам, принимающим такие методы лечения, может потребоваться только спорадическое дозирование.

В настоящее время исследователи планируют дальнейшие доклинические исследования своего потенциального лечения МВ в рамках подготовки к возможным клиническим испытаниям.

###

Ян Данг, Катарина ван Хейсден, Вероника Никерсон, Фелисити Чанг, Ян Ван, Нэнси Куинни, Мартина Генч и Скотт Рэнделл также внесли свой вклад в это исследование из Института легких Марсико; Рышард Коле, соавтор кафедры фармакологии UNC.

Эту работу поддержали Фонд муковисцидоза и Национальные институты здравоохранения.

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/

Continue Reading

Биоинженер

Синяки искусственной кожи могут помочь при протезировании, роботы чувствуют травмы

Предоставлено: адаптировано из ACS Applied Materials & Interfaces 2021, DOI: 10.1021 / acsami.1c04911 Когда кто-то ударяется локтем о стену, он…

Published

on

Предоставлено: адаптировано из ACS Applied Materials & Interfaces 2021, DOI: 10.1021 / acsami.1c04911

Когда кто-то ударяется локтем о стену, он не только чувствует боль, но и может получить синяк. У роботов и протезов нет этих предупреждающих знаков, которые могут привести к дальнейшим травмам. Теперь исследователи, сообщающие в ACS Applied Materials & Interfaces, разработали искусственную кожу, которая воспринимает силу посредством ионных сигналов, а также меняет цвет с желтого на синякоподобный фиолетовый, обеспечивая визуальный сигнал о том, что повреждение произошло.

Ученые разработали множество различных типов электронных скинов, или электронных скинов, которые могут воспринимать стимулы посредством передачи электронов. Однако эти электрические проводники не всегда биосовместимы, что может ограничивать их использование в некоторых типах протезирования. Напротив, ионная кожа, или I-кожа, использует ионы в качестве носителей заряда, подобно коже человека. Эти ионно-проводящие гидрогели обладают превосходной прозрачностью, растяжимостью и биосовместимостью по сравнению с электронной кожей. Ци Чжан, Шипин Чжу и его коллеги хотели разработать I-кожу, которая, помимо регистрации изменений электрического сигнала с приложенной силой, могла также изменять цвет, имитируя человеческие синяки.

Исследователи создали ионный органогидрогель, который содержал молекулу под названием спиропиран, которая меняет цвет от бледно-желтого до голубовато-пурпурного при механическом воздействии. При испытании гель показал изменения цвета и электропроводности при растяжении или сжатии, и фиолетовый цвет сохранялся в течение 2-5 часов, прежде чем снова стал желтым. Затем команда прикрепила I-skin к различным частям тела добровольцев, таким как палец, рука и колено. Сгибание или растяжение вызывало изменение электрического сигнала, но не синяк, как человеческая кожа. Однако многократное сильное нажатие, удары и защемление приводило к изменению цвета. Исследователи говорят, что I-кожа, которая реагирует, как человеческая кожа, с точки зрения электрических и оптических сигналов, открывает новые возможности для обнаружения повреждений в протезах и робототехнике.

###

Авторы выражают признательность за финансирование от Национального фонда естественных наук Китая, Программы внедрения инновационных и предпринимательских команд провинции Гуандун, Программы науки и технологий Шэньчжэня, Специальной программы центрального правительства, направленной на развитие науки и технологий на местах, 2019: Платформа исследования функциональных материалов для очистки окружающей среды, Шэньчжэнь. Ключевая лаборатория передовых технологий материаловедения и Президентский фонд CUHK-Шэньчжэнь.

Резюме, прилагаемое к этой статье, доступно здесь.

Американское химическое общество (ACS) – некоммерческая организация, учрежденная Конгрессом США. Миссия ACS состоит в том, чтобы продвигать более широкое химическое предприятие и его специалистов на благо Земли и всех ее людей. Общество является мировым лидером в продвижении передового опыта в области естественнонаучного образования и предоставлении доступа к информации и исследованиям, связанным с химией, с помощью своих многочисленных исследовательских решений, рецензируемых журналов, научных конференций, электронных книг и еженедельного новостного журнала Chemical & Engineering News. Журналы ACS являются одними из самых цитируемых, пользующихся наибольшим доверием и наиболее читаемых в научной литературе; однако сама компания ACS не проводит химических исследований. Являясь лидером в области научных информационных решений, его подразделение CAS сотрудничает с глобальными новаторами, чтобы ускорить прорывы путем сбора, объединения и анализа мировых научных знаний. Главные офисы ACS находятся в Вашингтоне, округ Колумбия, и Колумбусе, штат Огайо.

Чтобы автоматически получать выпуски новостей от Американского химического общества, свяжитесь с [электронная почта защищена]

Подписывайтесь на нас: Твиттер | Facebook

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

Continue Reading

Биоинженер

Компьютеры предсказывают вкусы людей в искусстве

Новое исследование предлагает понимание того, как люди делают эстетические суждения Фото: Смитсоновский музей американского искусства, Дар миссис Джозеф Шиллингер До…

Published

on

Предоставлено: Смитсоновский музей американского искусства, подарок миссис Джозеф Шиллингер.

Вам нравятся толстые мазки и мягкие цветовые палитры импрессионистских картин, таких как картины Клода Моне? Или вы предпочитаете смелые цвета и абстрактные формы Ротко? Отдельные художественные вкусы имеют определенную загадочность, но теперь новое исследование Калифорнийского технологического института показывает, что простая компьютерная программа может точно предсказать, какие картины понравятся человеку.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Human Behavior, использовалась краудсорсинговая платформа Amazon Mechanical Turk, чтобы привлечь более 1500 добровольцев для оценки картин в жанрах импрессионизма, кубизма, абстрактного и цветового поля. Ответы добровольцев вводились в компьютерную программу, и затем, после периода обучения, компьютер мог предсказывать художественные предпочтения добровольцев гораздо лучше, чем это могло случиться случайно.

«Раньше я думал, что оценка искусства была личной и субъективной, поэтому я был удивлен этим результатом», – говорит ведущий автор Киёхито Иигая, научный сотрудник, работающий в лаборатории профессора психологии Калифорнийского технологического института Джона О’Догерти.

Полученные данные не только продемонстрировали, что компьютеры могут делать такие прогнозы, но и привели к новому пониманию того, как люди судят об искусстве.

«Главное, что мы получаем представление о механизме, который люди используют для вынесения эстетических суждений», – говорит О’Догерти. «То есть люди, кажется, используют элементарные особенности изображения и комбинируют их. Это первый шаг к пониманию того, как работает этот процесс ».

В ходе исследования команда запрограммировала компьютер так, чтобы визуальные атрибуты картины разбивались на то, что они называли низкоуровневыми функциями – такими чертами, как контраст, насыщенность и оттенок, – а также на высокоуровневые функции, которые требуют человеческого суждения и включают такие черты, как как динамична картина или неподвижна.

«Затем компьютерная программа оценивает, насколько конкретная особенность принимается во внимание при принятии решения о том, насколько нравится конкретное произведение искусства», – объясняет Иигая. «При принятии этих решений функции как низкого, так и высокого уровня объединяются. Как только компьютер вычислит это, он сможет успешно предсказать, нравится ли человеку другое ранее невидимое произведение искусства ».

Исследователи также обнаружили, что добровольцы, как правило, делятся на три основные категории: те, кто любит картины с реальными объектами, например картины импрессионистов; тем, кто любит красочные абстрактные картины, например, Ротко; и тем, кто любит сложные картины, такие как кубистические портреты Пикассо. Большинство людей попали в первую категорию «реально существующие объекты». «Многим понравились картины импрессионизма», – говорит Иигая.

Более того, исследователи обнаружили, что они также могут обучить глубокую сверточную нейронную сеть (DCNN), чтобы научиться предсказывать художественные предпочтения добровольцев с аналогичным уровнем точности. DCNN – это тип программы машинного обучения, в которой компьютеру загружается серия обучающих изображений, чтобы он мог научиться классифицировать объекты, такие как кошки и собаки. В этих нейронных сетях есть блоки, которые связаны друг с другом, как нейроны в головном мозге. Изменяя силу соединения одного устройства с другим, сеть может «учиться».

В этом случае подход глубокого обучения не включал ни одну из выбранных визуальных функций низкого или высокого уровня, использованных в первой части исследования, поэтому компьютер должен был «решить», какие функции анализировать самостоятельно.

«В моделях глубокой нейронной сети мы на самом деле не знаем точно, как сеть решает конкретную задачу, потому что модели обучаются сами по себе, как и настоящий мозг», – объясняет Иигая. «Это может быть очень загадочно, но когда мы заглянули внутрь нейронной сети, мы смогли сказать, что она конструирует те же категории функций, которые мы выбрали сами». Эти результаты намекают на возможность того, что функции, используемые для определения эстетических предпочтений, могут естественным образом появиться в мозгоподобной архитектуре.

«Сейчас мы активно изучаем, так ли это на самом деле, глядя на мозг людей, когда они принимают такие же решения», – говорит О’Догерти.

В другой части исследования исследователи также продемонстрировали, что их простая компьютерная программа, которая уже была обучена художественным предпочтениям, может точно предсказать, какие фотографии понравятся добровольцам. Они показали добровольцам фотографии бассейнов, еды и других сцен и увидели результаты, аналогичные тем, которые были связаны с картинами. Кроме того, исследователи показали, что изменение порядка также работает: после первого обучения добровольцев фотографиям, они могут использовать программу для точного прогнозирования художественных предпочтений испытуемых.

Хотя компьютерная программа успешно предсказывала художественные предпочтения добровольцев, исследователи говорят, что еще многое предстоит узнать о нюансах, которые придутся по вкусу любому человеку.

«Есть аспекты предпочтений, уникальные для данного человека, которые нам не удалось объяснить с помощью этого метода», – говорит О’Догерти. «Этот более своеобразный компонент может относиться к семантическим характеристикам или значению картины, прошлому опыту и другим личным чертам личности, которые могут повлиять на оценку. По-прежнему возможно идентифицировать и узнать об этих функциях в компьютерной модели, но это потребует более подробного изучения предпочтений каждого человека таким образом, чтобы не распространяться на отдельных людей, как мы обнаружили здесь ».

###

Исследование под названием «Эстетическое предпочтение искусства можно предсказать на основе сочетания визуальных характеристик низкого и высокого уровня» финансировалось Национальным институтом психического здоровья (через Центр нейробиологии принятия социальных решений Калифорнийского технологического института). Национальный институт злоупотребления наркотиками, Японское общество содействия науке, Фонд Шварца, Фонд Сантори и Летняя исследовательская стипендия Уильяма Х. и Хелен Лэнг. Среди других авторов из Калифорнийского технологического института – Санхьюн Йи, Иман А. Вале (степень бакалавра 20-го года) и Коранис Танвисут, который сейчас учится в аспирантуре Калифорнийского университета в Беркли.

«Раньше я думал, что оценка искусства носит личный и субъективный характер, поэтому я был удивлен этим результатом», – говорит ведущий автор Киёхито Иигая, научный сотрудник, работающий в лаборатории профессора психологии Калифорнийского технологического института Джона О’Догерти.

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

Continue Reading

Trending