Текст научной работы на тему «Экспериментальные клеточные системы: от органов в чашке Петри до “органов-на-чипах”». Действительно ли всего несколько дополнительных дней в чашке Петри поспособствуют созданию исчерпывающей модели раннего развития человека?
Искусство в чашке Петри
Такой мозг практически полностью был идентичен настоящему: между клетками происходила полноценная локальная связь, однако координация передачи сигналов в общей сети была менее стабильной. Для решения этой проблемы ученые ввели в орган препарат для улучшения когнитивных способностей.
В огороде привычном или молекулярном — в пробирке. Смиту удалась своего рода деконволюция — никто до его работы не мог свести эволюцию к пробирке и к одному-единственному белку за раз.
One at a time, как наверняка сказал бы сам исследователь. Помещая в геном бактериофага ген, который кодирует интересующий его белок или пептид, Смит добился того, что признак, кодируемый этим геном, — тот самый белок, — оказался экспонирован в окружающую среду и при этом остался связан с той самой фаговой частицей, в которой он закодирован. Отбирая этот белок, например, по его способности связать другой белок или небелковую молекулу, или даже по способности катализировать какую-то реакцию, мы вместе с белком отбираем и геном бактериофага, его кодирующий.
Отбирается не просто геном, но и способность размножить его и нужный признак снова и снова. То есть происходит передача по наследству. Но не спонтанно, а направленно, руками экспериментатора.
Хотите создать фермент, распознающий видоизменённый субстрат? Пептид, блокирующий важный метаболический путь или мимикрирующий сложный антиген? Нет проблем.
Антитело, излечивающее… но это уже история про другого лауреата. В начале лекции лауреат задался вопросом о том, что же такое на самом деле химия: Мой друг, который и правда настоящий химик, узнав про Нобелевскую премию, очень удивился, что я, как оказалось, тоже принадлежу к этой специальности. Эта шутка, в которой лишь доля шутки, подчёркивает тот факт, что настоящее открытие находится вне граней научных дисциплин и принадлежит науке и человечеству в целом.
Джордж Смит, как и многие неординарные люди, обладая своеобразным чувством юмора, отдал должное своим присутствующим в аудитории супруге и родственникам, а также не присутствующим коллегам, особенно тем, кто принял непосредственное участие в работах по созданию технологии фагового дисплея. Все они «чертовски хорошие люди», заключил учёный: Извне может показаться, что создание фагового дисплея было эдаким озарением, одномоментным открытием, но на самом деле — нет, изнутри это была работа, которая состояла из целого ряда небольших изобретений, постепенно приближавших меня к цели. Лауреат посвятил свою лекцию рассказу о тех шагах, которые привели к созданию этой удивительной технологии искусственной эволюции пептидов и белков.
Бактериофаги, или, попросту, фаги — вирусы, которые инфицируют бактерии.
Естественно, эксперимент длился очень долго, — мы культивировали, выращивали клетки и ждали, когда они начнут проявлять признаки старения. На это понадобилось полгода... Учитывая, что мышь в среднем живет примерно 1,5 года, наша экспериментальная модель была довольно пожилой, то есть, мы сымитировали старение, последовательно изучая его под микроскопом с помощью кальциевого имиджинга. Астроциты выделены красным под микроскопом.
Анализ таких данных — очень сложная задача, и в этом нам помогло сотрудничество с математиками нашего университета, прежде всего с Михаилом Кривоносовым. Мы предполагаем, что кроме уменьшения передачи сигналов между астроцитами, у них снижается и взаимодействие с нейронами, а в целом все это приводит к нарушениям работы мозга. Поэтому следующим этапом нашей работы будет поиск механизма поддержания этого «общения», чтобы астроциты продолжали с возрастом работать как молодые. Есть предложение, как это можно сделать? Это современная генно-инженерная технология: создается специальный светочувствительный белок, который встраивается в мембрану клетки и создает канал для прохода в клетку ионов кальция.
Управляется канал светом определенной длины волны. Дальше активированный таким образом астроцит передает информацию соседним астроцитам.
Для решения этой проблемы ученые ввели в орган препарат для улучшения когнитивных способностей. Материалы по теме:.
В чашке Петри вырастили искусственный мозг с шизофренией
Для решения задач на ряд Фибоначчи необходимо знать первые два члена последовательности и определить закономерность для нахождения нужного члена. При решении задач на прогрессии следует внимательно читать условие, выделять ключевые слова и давать обозначения для известных и неизвестных величин. Также полезно решать задачи несколькими способами, чтобы закрепить материал и улучшить навыки анализа. Решать задачи на прогрессии можно как аналитически — с использованием формул общего члена, так и графически — построив соответствующий график.
В результате такого взаимодействия клетки получали непредсказуемую стимуляцию, и вся система реорганизовывалась так, чтобы лучше играть в игру и минимизировать случайные ответы. По сути, система создавала более предсказуемую среду для себя самой, играя в игру и попадая ракеткой по мячику. Теория такого обучения связана с принципом минимизации свободной энергии, пришедшим из когнитивистики. Грубо говоря, мозг приспосабливается к своему окружению двумя способами: либо меняя отношение к нему, либо меняя действия для того, чтобы лучше к нему приспособиться. Также Каган сообщил, что учёные пытались научить нейроны играть во встроенную в Google Chrome игру с динозавром, прыгающим через препятствия.
Исследователи обратили внимание на то, что механизм воспроизводства мозговых клеток очень близок к механизму кроветворения hematopoiesis; вторая часть слова — «poiesis» — от «творить». Соответственно, метод генерации новых мозговых клеток, кстати, очень близкий к уже существующему методу искусственного «выращивания крови», назван ими «нейротворением» neuropoiesis. В ходе проведенных группой Штайндлера экспериментов ученые использовали клетки мышиного мозга, которые заставляли делиться с помощью специально подобранных химических веществ.
Возможно, первым был знаменитый Александр Флеминг, британский микробиолог, открывший антибактериальный фермент лизоцим, вырабатываемый человеческим организмом и впервые выделивший пенициллин из плесневых грибов Penicillium notatum — исторически первый антибиотик. Флеминг славился среди коллег творческим беспорядком в лаборатории и удачливостью. Однажды, когда доктор был простужен, он посеял слизь из собственного носа на чашку Петри, в которой уже находились бактерии, и через несколько дней обнаружил, что в местах, куда была нанесена слизь, бактерии были уничтожены. Так был открыт лизоцим, и первая статья о нем вышла в 1922 году.
А в 1928 году он обнаружил, что в одной из чашек Петри с бактериями Staphylococcus aureus выросла колония плесневых грибов. Колонии бактерий вокруг плесневых грибов стали прозрачными из-за разрушения клеток. Так был открыт пенициллин, спасший миллионы жизней. Как истинный британский ученый, Флеминг был не чужд оригинальности, и на одной из своих чашек Петри оставил вот такой шедевр. Название изображения В наши дни уже есть несколько признанных мастеров агар-арта — нового вида творческого самовыражения ученых, притом не только биологов. В 2015 году американское сообщество микробиологов организовало первый международный конкурс «The Agar art» Агаровое искусство. После этого результат фиксируется эпоксидной смолой.
Здесь уже не классические круглые чашки Петри, а квадратные стеклянные пластины с культурами бактерий, взятыми у 50 с лишним жителей Нью-Йорка.
Ученые случайно получили «бактериальные цветы»
В дальнейшем австрийские ученые надеются выяснить на молекулярном уровне, как именно действует полученное ими соединение. По их мнению, со временем вместо трансплантатов можно будет применять органы, выращенные в лаборатории с использованием собственной ДНК пациента, так что опасность отторжения полностью исчезнет.
В результате доставка кислорода и питательных веществ к клеткам и тканям нарушается, вызывая множество проблем со здоровьем, таких как почечная недостаточность, сердечные приступы, инсульты, слепота и заболевания периферических артерий, что приводит к ампутациям. Исследователи подвергли органоиды кровеносных сосудов «диабетической» среде в чашке Петри. Затем исследователи приступили к поиску химических соединений, которые могли бы блокировать утолщение стенок кровеносных сосудов. Они обнаружили, что ни один из существующих противодиабетических препаратов не оказывает положительного влияния на эти дефекты кровеносных сосудов. Исследователи утверждают, что результаты могут помочь им определить основные причины сосудистых заболеваний, а также потенциально разработать и протестировать новые методы лечения пациентов с диабетом.
По словам исследователей, они систематически создавали методом модульного синтеза и проверяли на мышиных клетках-предшественниках различные соединения с кардиогенным потенциалом. В конечном счете были получены производные триазина, гораздо эффективнее превращающие стволовые клетки в сердечные, чем ранее проверенные составы.
Исследователи получили патент на свой метод.
Построив живую модель мозга из базовых структур, ученые смогут экспериментировать, используя реальную функцию мозга, а не ошибочные модели. Сейчас, например, мы пытаемся изучить реакции мини-мозга на дозу этанола — по сути, напоить его и посмотреть, не станет ли он играть хуже», — говорит Каган. Полученные данные также дают альтернативу испытаниям на животных при изучении новых лекарств или генной терапии. Фото: Cortical Labs Gif, показывающий мини-мозг за работой Для проведения эксперимента исследовательская группа взяла клетки мозга эмбрионов мыши, а также клетки человеческого мозга, полученные из стволовых клеток. Объединенную культуру вырастили их поверх массивов микроэлектродов, которые могли стимулировать их и считывать их активность.
В ходе биологического эксперемента в чашку Петри с питательной средой поместили колонию
После этого бактерии отделялись от содержимого сока центрифугированием и высевались на чашки Петри. Для проведения эксперимента исследовательская группа взяла клетки мозга эмбрионов мыши, а также клетки человеческого мозга, полученные из стволовых клеток. Найдите массу колонии микро-организмов через 80 минут после начала эксперимента.
Российские ученые впервые рассмотрели процесс увядания мозга в чашке Петри
Каждые 20 минут масса колонии увеличивается в 3 раза. Найдите массу колонии микроорганизмов через 80 минут после начала эксперимента. Ответ дайте в миллиграммах. Ответ: 243. Прототипы задачи Задачка: В ходе биологического эксперимента в чашку Петри с питательной средой поместили колонию микроорганизмов массой 16 мг.
Исследователи сообщают, что клетки выращенной сетчатки, равно как обычные фоторецепторы, хорошо реагируют на свет. Результаты своей работы эксперты опубликовали на страницах научного издания Nature Communications. В качестве строительного материала для выращивания сетчатки глаза ученые использовали плюрипотентные индуцированные стволовые клетки, следовательно, клетки, которые были получены из зрелых клеток человеческой кожи, которым посредством специальных методик вернули характеристики стволовых клеток.
Как вариант, можно коснуться ногтем или даже старой монеткой. Можно просто поместить на питательной среде волосок или капнуть туда капельку молока. В общем, используйте воображение! Отбор образцов: этот метод позволит вам провести забор образцов микроорганизмов с любой поверхности и перенести их в питательную среду. Все, что потребуется, — ватные палочки. Просто проведите палочкой там, откуда вы хотите взять образец микрофлоры хоть изо рта, хоть с клавиатуры , затем проведите тем же концом палочки по поверхности питательной среды не порвите ее. Через пару дней вы увидите интересные и ужасные результаты своего эксперимента! Как вариант, в чашку Петри можно подсаживать микроорганизмы из разных источников — для этого просто надо разделить чашку на четвертинки. Одну четвертинку при этом рекомендуем оставить без микроорганизмов — в качестве контрольной группы. Так вы сможете узнать, был ли агар загрязнен до введения бактериальных образцов. После того, как вы поместите бактерии в питательную среду, вам нужно закрыть чашку крышкой и запечатать ее чем-то вроде скотча.
Органоид представляет собой трехмерную структуру, выращенную из стволовых клеток, которая имитирует орган и может использоваться для изучения аспектов этого органа в чашке Петри. Это может потенциально позволить исследователям раскрыть причины и способы лечения различных сосудистых заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера, сердечно-сосудистые заболевания, проблемы заживления ран, инсульт, рак и, конечно, сахарный диабет». По оценкам Всемирной организации здравоохранения, диабетом страдают 420 миллионов человек во всем мире. Многие диабетические симптомы являются результатом изменений в кровеносных сосудах, которые приводят к нарушению кровообращения и снабжения тканей кислородом. Несмотря на его распространенность, очень мало известно о сосудистых изменениях, возникающих в результате диабета.
Задание 14 Вариант 3
После того как сетчатка сформировалась в чашке Петри, и достигла уровня 28-недельного человеческого эмбриона, специалисты проверили искусственно выращенную сетчатку в работе. При помощи микробов в чашках Петри Флеминг создавал чудесные композиции. В ходе биологического эксперимента в чашку Петри с питательной средой поместили колонию микроорганизмов массой 4 мг. Найдите массу колонии микроорганизмов через 120 минут после начала эксперимента. «Посеять» микробы можно просто открыв чашку Петри с агаром, например, в помещении студенческой столовой.
В чашке Петри вырастили искусственный мозг с шизофренией
Ответ дайте в миллиграммах. Показать ответ и решение После 20 минут масса колонии будет мг. После 40 минут масса колонии будет мг. После 60 минут масса колонии будет мг.
После этого ученые переместили срез в смесь ионов и минералов — тех же ингредиентов, которые содержатся в спинномозговой жидкости головного мозга. Как пишет в пресс-релизе Лаут, ее команде удалось поддерживать клетки живыми в течение 12 часов. Это позволило провести исследования и эксперименты, которые ранее были возможны только с животными. Как отмечают авторы работы, их метод может полностью изменить суть экспериментов, ведь работа с человеческими клетками и клетками животных — это принципиально разные вещи. Лаут сравнила этот процесс с работой Nokia 3310 и iPhone.
Эти так называемые «сосудистые органоиды» можно культивировать с использованием стволовых клеток в лаборатории. Одной из особенностей диабета является то, что в кровеносных сосудах наблюдается аномальное утолщение базальной мембраны. В результате доставка кислорода и питательных веществ к клеткам и тканям нарушается, вызывая множество проблем со здоровьем, таких как почечная недостаточность, сердечные приступы, инсульты, слепота и заболевания периферических артерий, что приводит к ампутациям. Исследователи подвергли органоиды кровеносных сосудов «диабетической» среде в чашке Петри. Затем исследователи приступили к поиску химических соединений, которые могли бы блокировать утолщение стенок кровеносных сосудов.
Все они воспроизводятся из индуцированных плюрипотентных клеток, то есть стволовых клеток, полученных путём эпигенетического перепрограммирования. Данная процедура длится примерно 8 недель. В конце культивирования, помимо нейронов, образуются нейроглиальные клетки астроциты и олигодендроциты , обеспечивающие условия для генерации и передачи нервных импульсов. Мини-мозг, по словам специалистов, способен даже проявлять спонтанную электрическую активность. Профессор отмечает, что большинство современных исследований эффективности лекарственных средств требует сотни тысяч лабораторных животных.
Задание МЭШ
Ученые разработали новую «умную» чашку Петри, в которой установлены фотосенсоры, что позволит делать видеозаписи и фотоснимки растущих микроорганизмов. Найдите массу колонии микроорганизмов через 90 минут после начала эксперимента. Нейробиологи из Колумбийского университета вырастили в чашке Петри мозг с шизофренией — работа ученых была опубликована в журнале Nature Communications. 1. После помещения колонии микроорганизмов в чашку Петри и начала эксперимента, ее масса была 18 мг. За каждые 30 минут масса колонии увеличивается в 3 раза. Найдите массу колонии микроорганизмов через 150 минут после начала эксперимента. Посадив бактерии разных видов в одну чашку Петри, исследователи узнали, как микроорганизмы взаимодействуют в природе, — и неожиданно получили очень красивое зрелище.
Российские ученые впервые рассмотрели процесс увядания мозга в чашке Петри
Нейробиологи из Колумбийского университета вырастили в чашке Петри мозг с шизофренией — работа ученых была опубликована в журнале Nature Communications. Чашка Петри эксперимент. Опыты в чашке Петри. Найдите массу колонии микроорганизмов через 60 минут после начала эксперимента. ответ дайте в миллиграммах.