Španělští výzkumníci (Antonio Brú Espino, Výzkumné středisko environmentálních věd, Španělská vědecká rada, [M1]) zjistili, že stimulací imunitního systému určitým způsobem lze jeho buňky přimět k tomu, aby obklopily rakovinné nádory a zabránily jejich dalšímu růstu. Tento objev, který demonstrovali na laboratorních myších, je přímým výsledkem použití univerzálního modelu růstu rakovinných nádorů, vypracovaného během deseti let spolupráce mezi vědci státní Španělské výzkumné rady a lékařskými středisky ve Španělsku.

Vědci dokázali, že všechny nádory rostou stejným způsobem bez ohledu na to, v jaké tkáni nebo v těle jakého savce se vyvíjejí. (Brú et al., Biophysical Journal, listopad 2003). Ve své dřívější práci výzkumníci oznámili, že růst nádoru není exponenciálním, jak se všeobecně věřilo, ale spíše "lineárním" procesem, podobným růstu určitých krystalů nebo jiným přírodním jevům. (Brú et al., Phys. Rev. Lett, 2. listopadu 1998).

Nádorové buňky, jak vědci objevili, rostou pomocí difúze nebo migrace rakovinných buněk na vnějším okraji nádoru. Pouze buňky blízko k okraji nádoru se mohou množit a nikoliv buňky uvnitř nádoru, jak se doposud věřilo. Buňky vznikající na okraji nádoru pronikají okrajem hmoty nádoru, dokud se neusadí v místě, kde je boj o prostor nejmenší a kde jsou nejlépe chráněny před působením imunitního systému. Ve svém novém článku Brú a jeho kolegové ukázali, že mechanický tlak vyvolaný buňkami imunitního systému (neutrofily) kolem nádoru v těle myši může zabránit difúzi nádorových buněk a tím zamezit dalšímu růstu nádoru.

Vědci provedli test na 16 myších s nádorovou hmotou ve svalu. Uměle vyvolali produkci neutrofilů povzbuzením imunitního systému látkou GM-CSF po dobu dvou měsíců. Po krátké době pozorovali, že látka GM-CSF změnila růstovou dynamiku buněk. Nádory u dvou myší zcela přestaly růst a 80 procent až 90 procent nádorových buněk odumřelo. Jestliže je růstová dynamika nádorů univerzální, pak není žádného důvodu, aby se ke stejným výsledkům nedospělo také u člověka. Zjištění, že nádor roste difúzí jeho buněk na povrchu, otevírá nové možnosti vývoje nových a účinnějších způsobů, které mohou zabránit zvětšování a šíření rakovinných nádorů. (Bru et al., Physical Review Letters, červen 2004)

U antiferomagnetických nanočástic magnetizace překvapivě vzrůstá s teplotou. Tento zvláštní experimentální výsledek, zjištěný před několika lety, se nyní podařilo vysvětlit fyzikům Technické univerzity v Dánsku. Toto experimentální chování je podivné hned ze dvou důvodů. Za prvé, v antiferomagnetech jsou magnetické momenty obecně uspořádány v náhodně se střídajících magnetických doménách s opačnou orientací. Proto je nelze výrazně zmagnetizovat působením vnějšího pole. Za druhé magnetismus, který je důsledkem uspořádání magnetických momentů mnoha atomů, má tendenci slábnout působením vyšších teplot. Dánští fyzikové vysvětlují, proč "termoindukovaná magnetizace" vymizí u větších antiferomagnetických vzorků, avšak projevuje se u vzorků o velikosti menší než 10 nanometrů. Steen Morup [M2] a Cathrine Frandsen [M3] tvrdí, že antiferomagnetické nanočástice lze využít pro výrobu nového typu materiálu, jehož magnetizaci bude možno rychle měnit bez ztráty energie. Tento typ materiálu proto může být důležitou součástí vysokofrekvenčních elektronických zařízení. (Morup and Frandsen, Physical Review Letters, 28. května 2004)

Atomy stroncia Sr-76 mají ve svém základním stavu nejvíce deformovaná jádra ze všech atomových jader se stejným počtem protonů (Z) a neutronů (N). K tomuto výsledku dospěli švýcarští výzkumníci. Lehčí atomová jádra se stejným počtem protonů a neutronů, jako je He-4, C-12, O-16 a Ca-40, jsou zcela stabilní. Současně tyto prvky patří mezi nejdůležitější biogenní prvky na Zemi. Pokud se počet protonů a neutronů v jádrech zvětšuje, dochází k různým deformacím. Elektrické náboje protonů způsobují jejich vzájemné odpuzování, které může způsobit až rozpad atomového jádra. Jádro, které je zasaženo jiným jádrem, může rychle rotovat a přejít do velmi deformovaného stavu. Avšak proč mají deformovaný tvar také některá jádra, přestože nebyla zasažena žádným jiným jádrem nebo nukleony?

Podle dřívějších důkazů jádra atomů Sr-76 jsou deformována ve svém základním stavu. Výzkumníci na zařízení CERN-ISOLDE nedaleko Ženevy použili novou metodu pro měření této deformace. Nejprve vzácně se vyskytující jádra Sr-76 vytvořili ostřelováním terčíku z atomů niobu paprskem protonů. Nově vzniklá jádra atomů Sr-76, která unikala z terčíku, ionizovali a vpouštěli do spektrometru Lucrecia. [X1] Zde tato křehká jádra byla směrována do nepatrného otvoru v největším krystalu na světě z čistého jodidu sodného. Následně bylo měřeno gama záření vznikající rozpadem jader Sr-76. Byla určena nejen doba života jader (7,89 sekundy), ale také byl odvozen přibližný tvar jader pomocí měření obrazců paprsků gama. Prokázalo se, že jádra atomů Sr-76 jsou nejen velmi deformovaná, ale jsou také značně protáhlá (jejich rovníková osa má délku jen 40 procent délky delší osy). (Nacher et al., Physical Review Letters, červen 2004)

Odkazy a literatura:

[I1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 686. May 28, 2004 by Phillip F. Schewe, Ben Stein.

Na 75. výročním zasedání Akustické společnosti Ameriky v červnu 2004 v New York City výzkumníci předvedli systém, který používá "v čase obrácenou" akustiku pro určení přesné polohy střelce nebo výbuchu v zastavěném prostředí.

Výzkumníci Donald G. Albert [M1] a Lanbo Liu [M2], kteří pracují v laboratoři americké armády Cold Regions Research and Engineering na Univerzitě státu Connecticut, otestovali tento systém v malé "výcvikové" vesnici, v níž se nacházely dva bloky domů.

Během testování stříleli z pušky v libovolném místě uvnitř vesnice. Výstřel se odrážel od stěn staveb a dalších povrchů. Síť jednoduchých zvukových senzorů zaznamenala všechny zvuky.

Výzkumníci pak použili počítač s dvojrozměrným modelem vesnice. Uvnitř této "virtuální vesnice" počítačový program vygeneroval opačnou verzi všech zachycených zvukových vln. Počítač simuloval vysílání v čase obrácených zvukových vln ze všech míst, kde byly původně umístěny jednotlivé senzory. Průnik těchto vln umožnil určit přesnou polohu zdroje výstřelu.

Výzkumníci doufají, že se jim podaří vyvinout systém, který by pracoval v reálném čase. Chtějí proto zkrátit čas výpočtu, aby bylo možno téměř okamžitě určit polohu ostřelovače nebo výbuchu.

Pozorování supratekutosti molekulárního vodíku je obtížné, protože předpovězená teplota, při níž se molekuly H₂ stávají supratekuté (tedy se pohybují bez tření) je asi 2 Kelviny, což je méně, než trojný bod vodíku (14 Kelvinů), pod nímž se vodík H₂ vyskytuje v pevném stavu. Pro vytvoření supratekutého molekulárního vodíku H₂ je nutné tyto molekuly velmi rychle ochladit pod jejich bod tuhnutí, aniž by přešly do pevného stavu.

Výzkumníci v Instituto de Estructura de la Materia v Madridu nejen pozorovali supratekutost molekulárního vodíku H₂, ale také poprvé prokázali, že malé kapénky molekul H₂ tvořené až osmi molekulami jsou ve výtrysku plynu kapalné.

Vědci (výše uvedený ústav v Madridu, Ústav Maxe Plancka v Göttingenu, Washingtonská státní univerzita) určili velikosti jednotlivých shluků v kapalném stavu pomocí Ramanova rozptylu. Energie laserového paprsku je snížena natolik, aby paprsek mohl procházet molekulárním prostředím (v tomto případě kapénkami molekul H₂) a vyvolával excitace molekul (změny jejich rotačního a vibračního stavu). Vědcům se jako prvním podařilo pořídit Ramanovo spektrum shluků molekul H₂.

Proč kolem otázky, zda molekulární vodík může být supratekutý, je tolik rozruchu? Dosud jedinou známou kapalnou supratekutinou je hélium. Molekula vodíky H₂ je nejjednodušší a nejběžnější molekulou ve vesmíru. Vědci pomocí vodíku zkoumají vlastnosti mezihvězdné hmoty a také vlastnosti jiných atomů a molekul. Vodík je základním termonukleárním palivem hvězd.

Vědci také očekávají, že vodík by mohl sehrát důležitou roli jako palivo motorových vozidel a elektráren, protože má největší hustotu chemické energie na jednotku hmotnosti. Produktem jeho spalování je vodní pára. (Tejeda et al., Physical Review Letters, 4. června 2004; kontakt: J. Peter Toennies, [M3] nebo Salvador Montero, [M4])

Separace složitých biologických směsí, jako je obsah buněk, probíhá podle velikosti nebo hustoty biomolekul. Molekulární biologové obvykle používají difúzní metody, které využívají pohybu molekul z jedné oblasti do jiné působením elektrického pole nebo chemických činidel. Difúzní metody vyžadují trpělivost, protože částice musí procházet velkým množstvím možných cest.

Víceoborový tým v Princetonu (Robert Austin, [M5]) vyvinul potenciálně rychlejší nedifúzní metodu třídění molekul. Vědci využívají možnosti mikrofluidní technologie, která umožňuje ovládat pohyb kapalin pomocí mikroskopických struktur. Jejich mikrofluidní metoda umožňuje třídit objekty nenáhodným způsobem.

V jejich metodě kapalina obsahující zkoumané biomolekuly pomalu stéká polem mikroskopických překážek, které jsou určitým způsobem rozloženy. Menší molekuly do těchto překážek sice různě narážejí, avšak stále protékají dolů. Dostatečně velké biolomekuly se pohybují stále pod určitým úhlem k nepravidelnému pohybu malých molekul, takže tanečními kroky tanga se stáčejí doleva nebo doprava. Tímto způsobem se oddělí od menších molekul.

Ve svých prvních experimentech výzkumníci touto metodou setřídili zlomky umělých chromosomů baktérie během deseti minut, což je o řád rychleji než u běžných metod. Při testu se zrnky polymeru submikronové velikosti zařízení setřídilo tato zrnka s rozlišením až 1 procenta poloměru zrnek. Očekává se proto, že zařízení nalezne uplatnění také při třídění anorganických nanočástic. (Huang et al., Science, 14. května 2004)

Odkazy a literatura:

[I1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 687. June 4, 2004 by Phillip F. Schewe, Ben Stein.

Nová zkouška chemotaxe prokázala překvapivou citlivost nervových buněk. Tato metoda pro studium změn směru růstu neuronů ve směsi proteinů ukazuje, jak citlivý je tento proces k okolnímu proteinovému gradientu.

Chemotaxe je proces, při němž živé buňky aktivně prohledávají své okolní prostředí a reagují na chemické podněty z tohoto prostředí obvykle pohybem ve směru vyšší koncentrace prospěšných molekul.

Jestliže vyjmeme neurony z jejich přirozeného prostředí a umístíme je do kolagenového gelu na misce, pak tyto neurony rostou ve směru rostoucí koncentrace některých proteinů v jejich okolí, jako je protein nervového růstového faktoru (NGF). Růst neuronů, tedy způsob, jakým se spojují dlouhé axony neuronů do neuronové sítě, je předmětem velkého zájmu, protože umožňuje vysvětlit, jakým způsobem se mozek vyvíjí. Zřejmě také přispěje k porozumění různých degenerativních poruch, při nichž dochází k rozpadu mozkové tkáně.

Nyní tým vědců z Univerzity v Georgetownu vyvinul novou metodu pro měření gradientu okolních proteinů (které jsou fluorescentně označeny) a reakcí axonů. V tomto případě neuronové buňky pocházely z mozku laboratorní krysy.

Tým neurovědců a fyziků zjistil, že růst axonu je citlivý na gradient jen 0,1 procenta, který odpovídá zhruba výskytu jediné další molekuly v prostoru o velikosti hrotu rostoucího axonu.

Jde o významný objev, protože v prostředí, kde se neurony vyskytují, dochází ke značným statistickým fluktuacím až 1000 molekul NGF v okolí hrotu rostoucího axonu. Výzkumníci tvrdí, že axony mají nejcitlivější detektory gradientu molekul v přírodě. (Rosoff et al., Nature Neuroscicence, červen 2004; kontakt: Jeffrey Urbach, [M1] nebo Geoffrey Goodhill, [M2])

Za období asi 60 miliónů let evolučního vývoje se u netopýrů vyvinul vysoce optimalizovaný systém biosonaru, který vysílá ultrazvukové pulsy různých frekvencí a detekuje odrazy od různých překážek v okolí.

Na zasedání Akustické společnosti Ameriky v New Yorku v červnu 2004 výzkumníci (Rolf Mueller, Univerzita Jižního Dánska, [M3]) představili první podrobné trojrozměrné mapy sluchového ústrojí netopýra, které zvýrazňují oblasti, v nichž je sluchové ústrojí netopýra citlivé na ultrazvuk nízkých, středních a vysokých frekvencí. Tyto biologické mapy citlivosti sluchového ústrojí netopýrů na ultrazvuk se významně liší podle jednotlivých druhů netopýrů, jichž je celkově asi 1000. Tyto mapy mohou být inspirací pro konstrukci umělých antén od akustických antén sonarových systémů na lodích přes lékařské přístroje až po elektromagnetické antény mobilních telefonů.

Výzkumníci provedli snímkování sluchového ústrojí netopýrů počítačovou tomografií a získali podrobné trojrozměrné snímky, které pak dále zpracovali na počítači. Dále modelovali interakci mezi tvarem ucha a ultrazvukovými vlnami z vnějšího prostředí. Výzkumníci nyní mohou prostudovat, jak anatomické vlastnosti tvaru ucha ovlivňují prostorovou citlivost. K tomu používají bezbolestnou "Booleovu chirurgii", kdy modifikují tvar sluchového ústrojí na počítači (často odstraněním některých částí nebo smícháním částí sluchového ústrojí různých druhů). Přitom sledují, jak se mění schopnost detekce ultrazvuku.

Běžné mikrovlnné trouby používají anténu pro vysílání mikrovln do uzavřeného prostoru odrážejícího mikrovlny, v němž ohřívají potraviny bohaté na molekuly vody. Výzkumníci Michael Golosovsky a Dan Davidov z Ústavu fyziky Hebrejské univerzity v Jeruzalémě zmenšili velikost antény a odstranili resonanční schránku, aby mohli co nejvíce přiblížit tuto anténu ke vzorku. Tímto způsobem mohou zahřívat velmi malé body o velikosti asi čtvrtiny milimetru na teplotu až 120 stupňů Celsia.

Jednou z možných aplikací této technologie je "svařování tkání", proces spojování okrajů rozříznuté tkáně použitím "biologické pájky" jako je albumin. K tomuto svařování tkání se používají infračervené lasery. Golosovsky [M4] však tvrdí, že mikrovlnné svařování tkání vyžaduje nižší příkon energie, pracuje rychleji, záření lze vpravit hlouběji do tkáně a navíc prochází obvazy, které jsou pro mikrovlny průhledné. Dále se lze lépe vyhnout případnému poškození okolní tkáně. (Copty et al., Applied Physics Letters, 21. června 2004)

Odkazy a literatura:

[I1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 688. June 11, 2004 by Phillip F. Schewe, Ben Stein.