Este o priveliște a microuniversului potrivită pentru o galerie de artă.
În ultimii nouă ani, Institutul Koch al Massachusetts Institute of Technology a recunoscut imaginile uimitoare capturate de cercetările în științele vieții și biomedicale ale universității printr-o galerie publică. Numite Premiile de Imagine, aceste priviri frumoase asupra proceselor biologice ascunse care se petrec în jurul nostru sunt prezentate pe ecrane masive iluminate din spate, pătrate și circulare, de aproximativ 2,4 metri (8 picioare).
Cei 10 câștigători de anul acesta, aleși dintr-un număr record de peste 160 de propuneri din diverse discipline și organizații STEAM, demonstrează vizual totul, de la celule „inteligente” modificate, capabile să livreze medicamente de combatere a bolilor, până la cartografierea, prin învățare automată (machine learning), a relațiilor colorate ale comportamentului celular. (Și, apropo, domeniile STEAM sunt știința, tehnologia, ingineria, arta și matematica, sau matematica aplicată.)
Puteți vizualiza propunerile câștigătoare cu descrierile însoțitoare de la autori mai jos.
Nimic de ignorat: inspirație și respirație într-un recipient – mărire de 5000x
„Inspirați de o tulburare respiratorie misterioasă a unui pacient, cercetătorii de la MGH și MIT și-au propus să o înțeleagă cultivând celule din căile respiratorii umane într-un recipient. Derivat din celule stem adulte, țesutul rezultat (văzut aici) permite o vedere detaliată a cililor (filamente asemănătoare părului) într-un epiteliu respirator complet diferențiat – sistemul de apărare de primă linie al tractului respirator. Prin manipularea genelor în model, medicii-oameni de știință au reușit să descopere și să caracterizeze o afecțiune genetică rară la pacient, responsabilă pentru funcția ciliară afectată.”
Epigenetica expres: urmărirea metilării ADN-ului în timp real – mărire de 40x sub lentilă de apă
„Cum dau naștere celulele identice genetic diferitelor tipuri de țesuturi? Laboratorul Jaenisch studiază mecanismele epigenetice care determină dacă și când genele sunt exprimate într-o celulă, ducând la variații în activitatea genelor. În această imagine 3D a celulelor în curs de dezvoltare, diferite culori reprezintă diferite stări de activare ale unui proces epigenetic – metilarea ADN-ului – care suprimă activitatea genelor. Analiza modificărilor epigenetice în timp real pe țesuturi și tipuri de celule complexe, la rezoluție înaltă, ajută cercetătorii să înțeleagă cum se dezvoltă celulele și ce anume merge greșit în cancer și alte boli.”
În formă bună: utilizarea învățării automate pentru îmbunătățirea terapiei cancerului – mărire de 1.000.000x
„Această imagine juxtapune o simulare de dinamică moleculară (stânga) și o imagine de microscopie electronică (dreapta) a sorafenibului. Sorafenib, la fel ca multe alte medicamente pentru cancer, poate forma spontan structuri complicate la scară nanometrică, care schimbă modul în care se comportă medicamentul.
„Laboratorul Langer folosește algoritmi inteligenți pentru a compara simulările cu realitatea și a analiza sau prezice asamblarea acestor nanostructuri în diverse condiții. Descoperirile lor le permit să proiecteze versiuni mai bune ale medicamentelor pentru a îmbunătăți rezultatele pacienților.”
„Fiind actorul cheie care traduce codul ADN în acțiune celulară, ARN-ul oferă informații importante despre trecutul, prezentul și viitorul celulelor.
„Cercetătorii din Laboratorul Shalek au secvențiat expresia ARN a 45.782 de celule individuale din 14 organe diferite pentru a crea un atlas al fiziologiei celulare sănătoase, ca referință în studiile diferitelor stări patologice, inclusiv HIV și cancer. Echipa utilizează învățarea automată pentru a cartografia relațiile (linii) dintre diversele subpopulații de celule (puncte). Fiecare culoare semnifică un țesut de origine diferit; împreună, ele prezintă un spectru larg de comportament celular.”
Unde sunt tipurile sălbatice: explorarea rădăcinilor biologiei dezvoltării – mărire de 65x
„În centrul biologiei moderne se află organismul model – un sistem viu care poate fi ușor întreținut și manipulat în laborator pentru a arunca lumină asupra proceselor biologice.
„Laboratorul Gehring utilizează organismul model Arabidopsis lyrata pentru a investiga modul în care sunt exprimate diferitele gene pe măsură ce sunt transmise de la părinte la urmaș. Această micrografie electronică arată floarea plantei, evidențiind organele reproductive masculine (galben) și feminine (verde) în starea lor nemodificată, sau de tip sălbatic.
„Prin imagini ca acestea, Facilitatea de Microscopie W.M. Keck ajută cercetătorii să depășească detaliile investigațiilor lor și să scoată în evidență frumusețea biologiei.”
Antrenament de circuit: aruncând lumină asupra dezvoltării neuronale – mărire de 20x
„Funcționarea corectă a creierului depinde de echilibrul dintre activitatea neuronilor excitatori și a celor inhibitori. În circuitul cerebral sintetic văzut aici, neuronii modificați activați de lumină (albastru și alb) răspund la modele de stimulare care imită semnalele excitatorii din creierul în dezvoltare. Electrozi din prim-plan înregistrează transmiterea semnalelor între celule, dezvăluind informații importante despre dezvoltarea rețelelor neuronale. Laboratorul Tsai studiază modul în care ritmurile generate de sincronicitatea dintre excitație și inhibiție sunt afectate în boala Alzheimer.”
Mișcare în ocean: utilizarea aricilor de mare pentru înțelegerea migrației celulare – mărire de 10x
„Celulele canceroase prezintă multe similarități cu celulele embrionare, inclusiv capacitatea de a călători către locații îndepărtate și precise. Pe măsură ce celulele se deplasează, traseele de proteine fibroase facilitează migrația lor. Laboratorul Hynes utilizează arici de mare pentru a studia aceste procese – și proteine – în trei dimensiuni. Privind în interiorul embrionilor transparenți, cercetătorii observă matrici sticloase, nou formate, de fibre în jurul scheletelor întunecate. Determinarea modului în care celulele folosesc această matrice pentru a-și ghida drumul prin embrion poate oferi indicii valoroase pentru înțelegerea mecanismelor care promovează migrația celulară atât în timpul dezvoltării, cât și în metastaza cancerului.”
Ucigași înnăscuți: activarea sistemului imunitar pentru combaterea bolilor – mărire de 6450x
„Operatori speciali și apărători de primă linie împotriva infecțiilor și bolilor, celulele natural killer (NK) sunt ‘ninja’ sistemului imunitar. Laboratoarele Bhatia și Alter caută să vizualizeze procesul de activare și atac. Celula NK văzută aici a fost depusă pe o lamă de sticlă alături de paraziți și anticorpi terapeutici. Pregătindu-se de luptă, suprafața sa se transformă de la netedă la rugoasă și încep să apară protruzii. Malaria este inamicul de această dată, dar abordări similare sunt testate și împotriva cancerului.”
Fabrici vii de medicamente: viața secretată a proteinelor terapeutice – mărire de 4x
„Terapia celulară vine din interior. Cercetătorii din laboratoarele Langer și Anderson modifică celule ‘inteligente’ (albastru) și le seamănă pe un cip implantabil (negru). Pe măsură ce celulele se maturează (verde), ele secretă proteine (roșu) care pot combate boala în țesutul înconjurător, răspunzând condițiilor de acolo. Dispozitivul biocompatibil nu numai că permite celulelor să crească în mediul lor natural și să livreze exact cantitatea potrivită de medicament atunci când este necesar, dar protejează și sistemul de distrugerea de către celulele imunitare.”
