На головну | Пишіть нам | Пошук по сайту тел (063) 620-06-88 (інші) Укр | Рус | Eng   
У наступних світових війнах буде розвертатися боротьба за інтелектуальну власність, а не за нафту
  новини  ·  статті  ·  послуги  ·  інформація  ·  питання-відповіді  ·  про Ващука Я.П.  ·  контакти за сайт: 
×
Якщо ви помітили помилку чи похибку, позначте мишкою текст, що включає
помилку (все або частину речення/абзацу), і натисніть Ctrl+Enter, щоб повідомити нам.
×

Пошук і селекція реального інноваційного контенту в біомедичних проектах за допомогою методів і прийомів ТРВЗ (частина перша)

2013-12-21
Андрій ( Гавріель ) Лівшиць

З кожним новим експериментальним проектом в області біомедичних технологій відкриваються і нові можливості в їх комерціалізації
Як видається нашої міжнародної групі дослідників , навіть з коротких публікацій та повідомлень про результати тих чи інших досліджень і перевірок працездатності ідей і відкриттів , використовуючи методи і прийоми усунення всіх видів протиріч , можна сформулювати і селективно відібрати ті з них , в яких присутня інноваційний потенціал

Нижче наводяться відомості про деякі таких дослідженнях і кожен з читачів може на базі цієї інформації , застосовуючи відомі з ТРИЗ і АРИЗ методи і прийоми , аналітично перетворити і класифікувати цю інформацію як базову для нового біомедичного проекту

Інженери Массачусетського технологічного інституту створили водовідштовхувальне нанопокриття , з якого краплі конденсується пара зістрибують самостійно. Робота опублікована в журналі Nano Letters , а її короткий зміст можна прочитати на сайті інституту .

Створена авторами структурована поверхня виглядає під мікроскопом як газон з кристалів оксиду міді. При нанесенні на неї відповідного покриття , її водовідштовхувальні властивості стають настільки вираженими , що краплі конденсованої пари на ній практично не тримаються.

Більш того , при злитті двох дрібніших крапель виділяється енергії стає достатньо для того , щоб вийшла велика крапля сама відскочила від поверхні.
Метою інженерів при створенні незвичайної поверхні було збільшити теплопровідність теплообмінників в конденсаторах пара . Справа в тому , що при використанні для цього звичайних мідних труб на їх поверхні швидко утворюється водяна плівка , яка перешкоджає теплообміну .

Чим швидше віддаляються краплі рідини з теплообмінника , тим вище його ефективність , тому останнім часом набули поширення теплообмінники з яскраво вираженою гідрофобною поверхнею.

Автори показали , що нова поверхня дозволяє на третину збільшити швидкість перенесення тепла навіть у порівнянні з найсучаснішими гідрофобними теплообмінниками. Оскільки подібні пристрої застосовуються в тому числі на електростанціях , таке зростання ефективності можна вважати дуже значним.
Раніше інша група інженерів ( також з MIT ) для вирішення завдання підвищення швидкості теплообміну використовувала подібний підхід . Вчені також створювали гидрофобную поверхню з мікротекстур , проте минулого варіанті для цього використовувалася складна технологія фотолітографії , а не хімічна обробка .

Вчені з Університету Генуї в Італії розробили технологію електронної мікроскопії , яка дозволила вперше розглянути витки на ДНК. Робота опублікована в журналі Nanoletters , а її короткий зміст наводить New Scientist.

Для отримання зображення ученим довелося створити абсолютно нову підкладку , на якій фіксувалася нуклеїнова кислота. На ній були мікроскопічні опори , між якими була натягнута нитка ДНК , при цьому під молекулою в підкладці проробляється отвір для електронних променів.

В результаті , вченим вдалося отримати зображення , на якому чітко видно борозенки. A -форми ДНК

Товщина молекули на зображенні не відповідає дійсності. Можливо , це пов'язано з тим , що в роботі використані не поодинокі молекули , а тяжі з шести нуклеїнових кислот. Неможливість працювати з одиночної ДНК автори пояснюють недостатньою чутливістю матриць , які фотографують електрони. Через це за час потрібної експозиції зображення поодинокі молекули встигають зруйнується під впливом бомбардування електронами.

Нова технологія дозволить вивчати ДНК - білкові взаємодії ( наприклад , місця посадки транскрипційних факторів ) безпосередньо на індивідуальних молекулах нуклеїнових кислот.
Раніше інша група вчених навчилася за допомогою атомно -силової мікроскопії визначати в ДНК послідовність нуклеотидів.

Іонні канали - це один з головних інструментів , за допомогою яких клітина обмінюється речовиною з зовнішнім світом. Ці складні молекулярні пристрої , подібно вахтерам на КПП , одночасно і аналізують молекули , і контролюють потік частинок через клітинну мембрану.

Німецькі вчені , творці штучної версії такого каналу , вважають , що їх аналог може виконувати обидві функції . Пропускну здатність визначають параметри іонних каналів ( форма , діаметр , заряд проходить крізь канал молекули) , і ці параметри можна змінювати за бажанням дослідників.
Аналітичні можливості штучних каналів , як було підтверджено серією експериментів , теж можна порівняти з природними : вони надійно розрізняють полімерні молекули по довжині і конфігурації.

Як відомо , в двуслойную ліпідну мембрану клітини вбудовані білкові комплекси , які крім іншого контролюють потік різних молекул всередину клітини і назовні. Перепусткою можуть служити і специфічні молекули , які розпізнаються поверхневими рецепторами , і розмір , і конфігурація , і заряд молекул. Частина таких мембранних комплексів іменується іонними каналами , через них заряджені частинки відправляються назовні або всередину клітини.
Всі процеси , які залежать від різниці потенціалу на мембрані , - а таких дуже багато - засновані на роботі іонних каналів . Будь-яка жива істота залежить від своїх іонних каналів: без них неможливі проходження нервових імпульсів (одного цього достатньо !) , М'язові скорочення , водний обмін і багато іншого. Дослідженню принципів їх дії та їх класифікації за функціями і будовою присвячена помітна область науки фізіології.

І ось тепер біотехнологи дійшли до того , що спроектували і зробили працюючий штучний іонний канал. Їх приваблювала ідея змоделювати канал з передбачуваними властивостями. Творцями версії штучних іонних каналів стали німецькі вчені з Мюнхенського технічного університету і Мічиганського університету в Анн Арбор (США). Вони вирішили уподібнити своє творіння природному каналу альфа- гемолізини - білку - токсину , що його виділяє стрептококами і стафілококами . Це один з найбільш вивчених канальних комплексів , його будова розшифрували першим , і влаштований він простіше інших .

Механізм роботи альфа- гемолизина такий. Як відомо , концентрації різних іонів всередині і зовні клітини сильно відрізняються . Наприклад , іонів калію багато всередині клітини і мало зовні , а іонів натрію - навпаки , багато зовні і мало всередині. Через це виникає різниця потенціалів між внутрішньою і зовнішньою поверхнями клітинної мембрани - мембранний потенціал ( докладніше про нього розказано в замітці Виявлено ще один спосіб , за допомогою якого нейрони контролюють свою збудливість , "Елементи" , 15.07.2010 ) . На цей потенціал , як уже говорилося вище, « зав'язано » величезна кількість відбуваються в клітині процесів - наприклад, з його допомогою здійснюється транспорт через мембрану певних речовин (див. симпорт ) . Тому наявність мембранного потенціалу абсолютно необхідно для життя клітини.

І ось деякі патогенні бактерії ( наприклад , стрептококи та стафілококи) навчилися користуватися тим , що при порушенні мембранного потенціалу клітина гине. Опинившись біля клітки , ці бактерії починають виділяти білки , які збираються в іонний канал - гемолизин - на клітинній мембрані. Цей канал , на відміну від « добропорядних » каналів нормальної мембрани , пропускає не строго певні іони в строго певний момент , а всі іони поспіль і постійно (тобто , по суті справи , це не канал , а просто « дірка » , пора) . У результаті концентрації іонів по обидві сторони мембрани вирівнюються , мембранний потенціал зникає і клітина гине. Найбільш уразливі для таких атак червоні клітини крові , еритроцити , і , власне, тому гемолизин (у перекладі з грецької ' розчинювальний кров ' ) і отримав свою назву.

Звичайно , вченим канал потрібний не для вбивства клітин. Такий канал , подібно демону Максвела , дозволив би отсортировивать на одній стороні мембрани тільки строго певні молекули. А вже використовувати подібна властивість можна по- всякому.

Альфа - гемолизин складається з семи ( шести -восьми ) білкових субодиниць , які формують порожнистий бочонок. Цей бочонок прикріплюється до мембрани гідрофобним донцем . До дінцю приєднана трубка із залишків лізину та глутамату , вона-то і проходить крізь мембрану. Діаметр внутрішнього отвору трубки 2,2 нм , в самій вузькій частині прикріплення до дінцю - близько 1,5 нм. Приблизно таку ж за формою структуру , але тільки в основі своїй з ДНК , змоделювали німецькі біотехнологи .

ДНК в даному випадку виявилася дуже зручною молекулою . Задавши первинну структуру молекули ( тобто послідовність нуклеотидів ) , можна передбачити і вторинну і третинну її структуру. Іншими словами , отримати молекулу заданої форми і розміру.

На відміну від білків , для яких відомо двадцять мономерів - амінокислот , - між якими існують складні відносини (кожна можлива пара амінокислот може сильно або слабо притягатися або відштовхуватися в залежності від заряду , розчинності у воді і жирах і так далі ) , ДНК утворена всього чотирма нуклеотидами , відносини між якими прості: аденін з'єднується з тиміном , а гуанін - з цитозином . Тому створити з декількох одноланцюгових відрізків ДНК просторовий комплекс із заданими властивостями легко - це все одно що робити моделі із сірників . Там , де "сірники" (тобто відрізки ДНК) повинні бути з'єднані , треба поставити « скріпки » - короткі олігонуклеотидні відрізки , комплементарні потрібних ділянок « сірників ». При цьому ДНК - "сірники" куди цікавіше в просторовому відношенні , ніж звичайні дерев'яні сірники : якщо їх скріпити певних чином , вони можуть зігнутися і повідомити підсумкової тривимірної структурі ще складнішу форму. Звичайно , все не так просто , і треба завжди прораховувати структуру комплексу так , щоб один з одним не з'єдналося небудь зайве . Однак при правильному використанні дана методика (відома також як « ДНК - орігамі » ; см. DNA origami ) дозволяє створювати досить складні тривимірні комплекси з заданими властивостями.

І в даній роботі це з успіхом було пророблено . Дослідники створили штучний ДНК - орігамний канал (рис. 1 ), основні характеристики якого збігалися з такими для альфа- гемолизина : діаметр пори становив 2 нм , довжина близько 47 нм , сила іонного потоку 0,87 наносіменса (про іонних токах через канали розказано в чолі « Рівняння Нернста і потік іонів » в книзі «Молекулярна біологія клітини »). Канал спочатку сам себе будував на мембрані , а потім , зміцнившись , починав проводити іонний струм через мембрану. Струм через одиничний канал , як і передбачалося , був більш-менш постійним .
Так само, як і клітинні іонні канали , штучні аналоги могли пропускати одноланцюгові ДНК з одного боку мембрани на іншу. При проході молекули ДНК через канал отвір закривається і струм блокується. Тому про проходження молекул через пори судять за характерною картині стрибків сили струму: момент проходження великої молекули через канал на розгортці струму виглядає як локальний мінімум. Чим більше на що проходить молекулі заплутаних петель і прикріплених залишків , тим довше час блокування струму і тим менше часу канал відкритий. Для кожного з досліджених видів молекул вчені зафіксували свою специфічну картину проходження через канал. Це означає , що за допомогою штучних іонних каналів можна аналізувати молекули в розчині.

А якщо в структуру будівельної ДНК внести невеликі зміни ? Звичайно , зміни мають бути такі, які задумав дослідник , який побажав отримати інші пропускні спроможності каналу. Дійсно , моделюючи петлі в структурі будівельних блоків ДНК , вчені отримали канали із заданими характеристиками.

Ясно , що конструювання штучних іонних каналів - це область майбутніх технологій . Передбачається , що подібні нанопристрої стануть не тільки перспективними молекулярними аналізаторами , а й лікарськими агентами з найширшою областю застосувань. Залишається сподіватися , що це майбутнє не дуже віддалене , тут наука розвивається прямо-таки c космічною швидкістю . Ось , наприклад , кумедна ремарка зі статті : « У минулому було показано , що нанорозмірні мембранні пори потенційно можуть виявитися винятково корисними мономолекулярними біосенсорами » (і далі кілька посилань на літературу ) . Якщо судити по цих посиланнях , то « минулим» автори роботи вважають 2001-2010 рр. . Минуле стрімко несеться , але так само стрімко наближається майбутнє.

корисний матеріал? Натисніть:




інші статті...
© Ярослав Ващук, 2003-2011
при використанні будь-яких матеріалів сайту посилання на джерело обов'язкове
[pageinfo]
сайты Хмельницкого bigmir)net TOP 100