Ултра-чувствителна диагноза на болести с просто око/ Ultrasensitive naked-eye detection of disease

Нов тест, който използва златни наночастици и водороден пероксид (кислородна вода) може да помогне за ранна и евтина предварителна диагноза на болести в бедните страни. За разлика от тестовете, които се използват в момента, новата алтернатива, наречена плазмонна ЕЛИЗА позволява резултата да се види веднага с просто око. Кръвен серум се смесва с химикали в контейнер за еднократно използване и течността става синя ако пациентът е болен или червена ако тестът е отрицателен. Тестовете ЕЛИЗА използват ензим, който се активира ако в серума на пациента има антиген за болестта (например ХИВ). Химическата реакция причинява промяна в цвета на разтвора, а наситеността на цвета отговаря на степента на инфекция. Разчитането на тези резултати обаче, изисква лабораторно оборудване и не е надеждно, когато нивото на антигена е ниско (например в ранния стадии на болеста). Новият метод, разработен от учени в в Imperial College в Лондон, използва растежа на златни наночастици в разтвора. Наночастиците се кристализират в различна форма ако ензимът каталаза е активиран (при положителен тест) или не (отрицателен тест), а формата на кристалите променя начина по който те пречупват светлината и дават син или червен цвят на реакцията. Засега плазмонната ЕЛИЗА е приложена успешно за засичането на много ниски дози p24 (антиген на ХИВ) и PSA (простатен антиген, използван за засичането на рак на простатата). Това означава, че тези заболявания ще могат да бъдат откривани и лекувани в по-ранен етап.

Разтворът от златни наночастици изглежда червен или син в плазмонна ЕЛИЗА с отрицателен или положителен резултат. / Glod nanoparticles in solution appear red or blue in a negative and a positive plasmonic ELISA. Image credit Dr. Roberto de la Rica and Prof. Molly Stevens, Imperial College of London

A new test, which uses gold particles and hydrogen peroxide (the chemical used for hair bleaching) may bring affordable and easy preliminary detection of disease to low-income countries. Unlike similar tests that are already used in the clinic, the new alternative, called plasmonic ELISA allows the result to be seen immediately with the naked eye. Serum from patient's blood is mixed with reagents in a disposable container and the liquid turns blue when the disease is present, or red when the result is negative. The ELISA test relies on an enzyme in the solution becoming activated if the disease antigen (such as HIV) is present in the patient's serum. The chemical reaction causes the colour of the solution to change, with the intensity corresponding to the extent of the infection. The interpretation of results from the currently available technology requires laboratory equipment and becomes unreliable when the antigen levels are low (such as in the early stages of infection). The new method, developed by researchers at the Imperial College London, uses the growth of gold nanoparticles in the reaction vial. Whether the catalase enzyme is activated (+ve result) or not (-ve result) determines the shape in which the gold nanoparticles grow and the way they interact with light, appearing as a blue or red colour. So far, plasmonic ELISA has been shown to successfully detect the p24 HIV antigen and PSA (prostate specific antigen, used for prostate cancer detection) at very low doses. This means that such diseases can be diagnosed and treated earlier.

iTikes Микроскоп за най-малките/ iTikes Microscope

Микроскопът iTikes има истински обектив, през който най-малките учени могат да изследват препарати увеличени до 300 пъти. Децата могат да натискат копчетата на микроскопа, за да научат забавни факти, за това което виждат и да играят образователни игри. За най-любознателните, микроскопът може да се свърже с iPhone или iPad, за да могат децата да разглеждат 3D картинки и анимации от безплатното iTikes приложение и да се почустват като истински учени.

The iTikes microscope has a real lens that lets the youngest scientists explore 12 slides with samples at up to 300x magnification. The kids can interact with the microscope by pushing buttons to learn fun facts about the specimen that they are seeing and play learning games. The microscope can connect with an iPhone or iPad device so that little nature explorers feel like grown-up scientists and learn even more through interactive 3D images, pictures and animations with the free app by iTikes.

Човешкия Микробиомен Проект/ The Human Microbiome Project

В човешкото тяло има десет пъти повече микроорганизми отколкото човешки клетки, и микробите, които живеят в нас, наричани сборно „микробиом” са уникални за всеки човек. Тези микроорганизми участват в нормалното развитие и функция на тялото, дават ни хранителни вещества, които не можем да произвеждаме сами и ни предпазват от колонизация с други, вредни микроби, които причиняват болести. Човешкият Микробиомен Проект (The Human Microbiome Project) е основан през 2007 с цел да секвенира гените на микробите, които населяват 18 различни места на тялото и първоначалните резултати вече са публикувани. Засега учените са секвенирани повече от една трета от планираните 3000 генома и са събрали каталог от повече от 5 милиона гени. Методът използван в проекта се основава на идентифициране на организмите на генетично ниво без да се опитва да ги изолира, процес който често е невъзможен в лабораторията, и е открил 5000 различни микроба, които живеят в нас, някои от тях видени за първи път. Пробите, които проекта използва досега са взети от здрави хора, за да помогнат на учените да разберат какъв е съставът на „нормалния” човешки микробиом, и как промени в баланса между различните видове микроби водят до болести като псориаза, болестта на Крон, колит и акне.

Карта на пробите взети за изследване в Човешкия Микробиомен Проект./ Sampling sites for the Human Microbiome Project (Photo credit HMP).

In the human body, there are ten times more microbes than human cells, and the population of microorganisms that colonise us, called a microbiome, is unique for every individual. These microbes are involved in the normal development and function of the body, supplying us with nutrients that we cannot produce ourselves and fending off other microbes that cause disease. The Human Microbiome Project (HMP) was established in 2007 to sequence genes from the microbes that live on 18 different body sites, and the results are now available online on the project’s website. So far, the scientists involved have sequenced nearly a third of the 3000 genomes that the HMP plans to make available, and have collected a catalogue of five million genes in total. The gene sequencing approach has identified more than 5000 microorganisms that live in the body,  some seen for the first time, because they cannot be isolated and maintained in laboratory culture. The samples analysed so far were collected from healthy individuals, but the HMP hopes that the results from their study will show what a normal microbial community is and how changes in this community lead to disease such as psoriasis, Crohn’s disease, ulcerative colitis and acne.

Плазмено фенерче против бактерии/ Antimicrobial plasma flashlight

Студената плазма се използва за стерилизацията на повърхности в производството на електроника, и има нарастващ интерес за медицински приложения като лечението на хронично инфектирани тъкани. Антимикробните свойства на плазмата се дължат на възможността и да предава енергия на молекули в околното пространство, като превръща безобидни газове като азот и кислород в бактерицидни агенти. Азотният оксид, озонът и други радикали убиват микроорганизмите като разрушават обвивката им, механизъм който се използва от имунната система в борбата с микробите.

Въпреки че тези свойства на плазмата са известни от години, устройствата, които генерират плазма в момента изискват външно електрозахранване. В доклада си за журнала Приложна Физика (Applied Physics) група австралийски и китайски учени представят „плазмено фенерче”, което работи с обикновена батерия.  Изследванията показват, че батерията произвежда достатъчно енергия, за да генерира бързи пулсове от плазма и да стерилизира многослоен биофилм от бактерията Enterococcus faecalis. Ентерококите често причиняват възпаление в зъбните канали и са едни от най-устойчивите на топлина и антибиотици микроорганизми, но 5 минути обработка с плазменото фенерче са достатъчни да бъдат унищожени дори най-долните слоеве на биофилма. Плазмата, която новото устройство генерира, е със стайна температура, което му позволява да се използва върху жива тъкан без да причинява изгаряния. Най-ценни обаче са малкият му размер и възможността да работи на батерии. Те позволяват устройството да се използва като стерилизатор на повърхности  и рани в ситуации като военни операции, спешни случаи и природни бедствия, където не винаги има достъп до електрозахранване.

Image credit: Pei et al. (2012) Appl Phys 45;165205

Cold atmospheric plasma is used for surface-sterilization during the manufacture of electronics, and has generated a growing interest for medical applications such as the healing of chronically infected tissues. This antimicrobial activity is due to the energy transfer from plasma to the surrounding molecules, turning harmless gases such as oxygen and nitrogen into bactericidal agents. Nitric oxide, ozone and other radicals kill microorganisms by destroying their surface layer, a mechanism which is used by our immune system to target bacteria.

Despite the fact that the antimicrobial properties of plasma have been known for years, the devices that generate plasma are limited in their mobility because they require external power supply. In a report for the scientific journal Applied Physics, a group of Australian and Chinese scientists present a ‘plasma flashlight’ which works with an ordinary 12 V battery. Their experiments show that the battery provides sufficient energy to generate rapid pulses of plasma that could sterilize a multi-layered biofilm of the bacteria Enterococcus faecalis. Enterococci, which are commonly involved in root canal infection, are considered one of the most heat- and antibiotic-resistant microorganisms, but a 5-minute treatment with the plasma flashlight were enough to destroy even the bottommost layers of the biofilm. The plasma that the new device gives off is room-temperature making it safe to use on living tissue without the risk of burns. The hand-held, battery-operated plasma flashlight has promising applications for surface- and wound-disinfection in military operations, emergencies and natural disasters where power supply may not always be available.