Estudios de expresión génica revelan la combinación de fármacos eficaces contra la esquistosomiasis

PLOS

La esquistosomiasis es una enfermedad tropical desatendida causada por gusanos parásitos endémicos en partes de África, el sudeste de Asia y América Central y del Sur. Se trata en la actualidad el fármaco praziquantel que, aunque a la vez eficaz y rentable, que no impide la reinfección después de que la enfermedad haya desaparecido. El praziquantel es el único tratamiento actual, y mientras que no se ha observado resistencia en los seres humanos, los modelos animales predicen que los repetidos ciclos de tratamiento pueden dar lugar a la evolución de la resistencia a los medicamentos. Por tanto, es importante explorar ambos tratamientos alternativos y terapias sinérgicas para ampliar el tiempo de vida y eficacia del tratamiento praziquantel.

Investigadores de la Universidad de San Pablo utilizaron una microarrays de expresión génica para explorar cómo la expresión de genes de los gusanos adultos se vio afectada por una dosis sub-letal de praziquantel. Las investigaciones anteriores habían encontrado diferencias entre hombres y mujeres gusanos, y los investigadores encontraron otras diferencias entre las hembras de la infección de ambos sexos, ya sea unido a los varones en un par de acoplamiento, o no apareado. Las hembras de infecciones mixtas no apareadas con machos eran más propensos a regular a la baja la expresión génica en respuesta al praziquantel (77% de los genes regulados). Por el contrario, las hembras apareadas eran más propensos a un máximo de regular sus genes en respuesta al tratamiento, con el 98% de los genes afectados hasta reguladas.

Los investigadores también buscaron los genes que podrían actuar como posibles objetivos para nuevas terapias. Encontraron un objetivo prometedor en un gen afectado en todos los gusanos que codifican para un tipo de bomba de protones. La bomba de protones era homóloga a una proteína que se encuentra en los seres humanos y el blanco de la bomba de protones omeprazol fármaco inhibidor. Por lo tanto, evaluaron el efecto del tratamiento de los parásitos, ya sea con dosis subletales de praziquantel, omeprazol solo, o una combinación de ambos fármacos.

Mientras que el omeprazol solo no mató a los parásitos los investigadores encontraron que la combinación con dosis subletales de praziquantel mató a más parásitos que praziquantel solo. Es probable que al inhibir la actividad de la bomba de protones aumento, relacionado con el aumento de expresión causado por praziquantel, el omeprazol fue capaz de acabar con los parásitos ya estresadas y actuar como un adyuvante a la terapia actual. Dado el alcance de la esquistosomiasis, y la dependencia de praziquantel como el único tratamiento, es alentador ver que existen opciones para aumentar la capacidad y mejorar la vida útil como un tratamiento efectivo.

Personalización de la impresión 3-D

herramienta de diseño permite a los principiantes pueden hacer en minutos lo que llevaría horas expertos en diseño asistido por ordenador

Instituto de Tecnología de Massachusetts

CAMBRIDGE, Mass. – La tecnología detrás de la impresión 3-D está creciendo más y más común, pero la capacidad de crear diseños para los que no lo es. Cualquier pero los diseños más sencillos requieren conocimientos con aplicaciones de diseño (CAD) asistido por ordenador, e incluso para los expertos, el proceso de diseño es el tiempo que consume muchísimo.

Los investigadores del MIT y el Centro Interdisciplinario Herzliya en Israel tienen como objetivo cambiar eso, con un nuevo sistema que convierte automáticamente los archivos CAD en modelos visuales que los usuarios pueden modificar en tiempo real, simplemente moviendo los deslizadores virtuales en una página Web. Una vez que el diseño se ajusta a las especificaciones del usuario, él o ella golpea el botón de impresión para enviarla a una impresora 3-D.

“Tenemos la visión de un mundo donde todo lo que compra potencialmente puede ser personalizado, y tecnologías como la promesa de impresión 3-D que eso podría ser rentable”, dice Masha Shugrina, un estudiante graduado del MIT en ciencias de la computación y la ingeniería y uno de los nuevos Los diseñadores de sistemas. “Así que la pregunta que nos propusimos respuesta fue:” ¿Cómo es lo que realmente permite que la gente modifican los diseños digitales de una manera que los mantiene funcional?’ “

Para un usuario de CAD, la modificación de un diseño significa cambiar los valores numéricos en los campos de entrada y luego esperar a que tanto como un minuto, mientras que el programa vuelve a calcular la geometría del objeto asociado.

Una vez que el diseño está finalizado, tiene que ser probado usando software de simulación. Para los diseños destinados a impresoras 3-D, el cumplimiento de las especificaciones de las impresoras es una de esas pruebas. Pero los diseñadores suelen probar sus diseños para la estabilidad estructural y la integridad también. Esas pruebas pueden tardar desde varios minutos a varias horas, y necesitan volver a ejecutarse cada vez que los cambios de diseño.

Continuación de los trabajos

Shugrina y sus colaboradores – su director de tesis, Wojciech Matusik, profesor asociado de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación en el MIT, y Ariel Shamir de IDC Herzliya – están tratando de convertir el diseño visual en algo que los principiantes pueden hacer en tiempo real. Presentaron su nuevo sistema, denominado “Formas Fab”, en la Asociación de la conferencia Siggraph de material de cálculo, en agosto.

Formas Fab comienza con un diseño creado por un usuario experimentado CAD. A continuación, barre a través de una amplia gama de valores para los parámetros del diseño – los números que un usuario CAD típicamente cambiar a mano – el cálculo de las geometrías resultantes y su almacenamiento en una base de datos.

Para cada una de estas geometrías, el sistema también se ejecuta una serie de pruebas, especificado por el diseñador, y de nuevo almacena los resultados. Todo el proceso podría tomar cientos de horas en una sola computadora, pero en sus experimentos, los investigadores distribuido las tareas entre los servidores de la nube.

En sus experimentos, los investigadores utilizaron ocho diseños, incluyendo un zapato de tacón alto, un juego de ajedrez, un coche de juguete, y una taza de café. Las muestras del sistema de suficientes valores de los parámetros de diseño que ofrecen una buena aproximación de todas las opciones disponibles, pero ese número varía de un diseño a otro. En algunos casos, fue sólo unos pocos miles de muestras, pero en otros fue cientos de miles de personas. Los investigadores también desarrollaron algunas técnicas inteligentes para aprovechar las similitudes en las variaciones de diseño para comprimir los datos, pero los datos que figuran más grandes todavía tomaron 17 gigabytes de memoria.

interfaz intuitiva

Por último, el sistema genera una interfaz de usuario, una página Web que se puede abrir en un navegador normal. La interfaz consta de una ventana central, que muestra un modelo 3-D de un objeto, y un grupo de controles deslizantes, que varían los parámetros de diseño del objeto. El sistema de las malas hierbas de forma automática todos los valores de parámetros que conducen a diseños imprimibles o inestables, por lo que los deslizadores están restringidos a los diseños válidos.

Mover una de las correderas – cambiando la altura del tacón del zapato, por ejemplo, o la anchura de la base de la taza – barre a través de representaciones visuales de las geometrías asociadas, presentando en tiempo real lo que llevaría horas para calcular con un programa de CAD. “La densidad de la muestra es lo suficientemente alta que parece continua para el usuario”, dice Matusik.

Sin embargo, si un usuario particularmente aguda vista quería un valor para un parámetro que cayó entre dos de las muestras almacenadas en la base de datos, el sistema puede llamar el programa de CAD, el cálculo de la geometría asociada, y luego ejecutar las pruebas en él. Eso puede tardar varios minutos, pero en ese momento, el usuario tendrá una buena idea de lo que el diseño final debe ser similar.

Cómo virus de la gripe adquieren la capacidad de propagarse

Instituto de Tecnología de Massachusetts

CAMBRIDGE, MA – virus de la gripe vienen en muchas variedades, y algunos están mejor equipados que otros para propagarse de persona a persona. Los científicos han descubierto ahora que el paladar blando – el tejido blando en la parte posterior del techo de la boca – desempeña un papel clave en la capacidad virus ‘de viajar a través del aire de una persona a otra.

Los resultados, que se describen en el de septiembre 23 de deNature edición en línea, deben ayudar a los científicos a entender mejor cómo el virus de la gripe evoluciona transmisibilidad en el aire y que les apoyen en la vigilancia de la aparición de cepas con potencial de causar brotes a nivel mundial.

Los investigadores del MIT y el Instituto Nacional de Alergia y Enfermedades Infecciosas (NIAID) hicieron el hallazgo sorprendente al examinar la cepa de la gripe H1N1, que causó la pandemia de 2009 que mató a más de 250.000 personas.

MIT ingeniero biológica Ram Sasisekharan, uno de los autores principales del estudio, se ha demostrado previamente que la transmisibilidad en el aire depende de si una “proteína hemaglutinina (HA) del virus se puede unir a un tipo específico de receptor en la superficie de las células respiratorias humanas. Algunos virus de la gripe se unen mejor a receptores alfa 2-6 glicanos, que se encuentran principalmente en los seres humanos y otros mamíferos, mientras que otros virus se adaptan mejor a los receptores alfa 2-3 glicano, encuentran predominantemente en las aves.

La cepa 2009 fue muy bueno en la unión a los receptores alfa humano 2-6. En el nuevo estudio, los investigadores hicieron cuatro mutaciones en la molécula de HA del virus, lo que hizo más adecuado para unir los receptores alfa 2-3 en lugar de alfa 2-6. Luego utilizaron para infectar hurones, que a menudo son utilizados para modelar la infección de gripe humana.

Los investigadores creen que el virus mutado no se extendería, pero para su sorpresa, que viajaban por el aire tan bien como la versión original del virus. Después de secuenciar el material genético del virus, encontraron que había sufrido una reversión genética que permitió su proteína HA de unirse a receptores alfa 2-6 glicanos, así como alfa 2-3 receptores de glicano.

“Esta es una validación experimental de que la ganancia de la unión al receptor de glicanos 2-6 es crítico para la transmisión por aerosol,” dice Sasisekharan, el profesor Alfred H. Caspary de Ingeniería de Ciencias Biológicas y de la Salud y Tecnología en el MIT y miembro del Instituto Koch para la Investigación del cáncer Integral.

la evolución en el aire

Luego, los investigadores examinaron el tejido de diferentes partes del tracto respiratorio, y encontraron que los virus con la reversión genética eran más abundante en el paladar blando. A los tres días después de la infección inicial, el 90 por ciento de los virus en esta región tenía la forma revertida de virus. Otros sitios en el tracto respiratorio tenían una mezcla de los dos tipos de virus.

Los investigadores están ahora tratando de averiguar cómo se produce esta reversión, y por qué ocurre en el paladar blando. Se plantean la hipótesis de que los virus de la gripe con capacidad superior para transmitir a través del aire outcompete otros virus en el velo del paladar, de la que se pueden extender por el envasado de sí mismos en gotitas moco producido por las células en el paladar blando conocidas como células caliciformes.

Ahora que los investigadores han confirmado que el virus con la capacidad de unirse a los dos alfa 2-6 y 2-3 receptores alfa glicano se puede propagar de manera efectiva entre los mamíferos, que pueden utilizar esa información para ayudar a identificar los virus que pueden causar pandemias, dice Sasisekharan.

“Realmente nos proporciona un identificador para buscar de manera sistemática a cualquier tipo de virus pandemia en evolución desde el punto de vista de su capacidad para ganar transmisibilidad en el aire a través de la unión a estos receptores de glicano 2-6,” dice.

Modelos corazón personalizado para la planificación quirúrgica

Sistema puede convertir imágenes por resonancia magnética en 3-D-impresos, modelos físicos en unas horas

Instituto de Tecnología de Massachusetts

Los investigadores del MIT y Hospital Infantil de Boston han desarrollado un sistema que puede tomar imágenes por resonancia magnética del corazón de un paciente y, en cuestión de horas, los convierten en un modelo tangible, físico que los cirujanos pueden usar para planificar la cirugía.

Los modelos podrían proporcionar una manera más intuitiva para los cirujanos para evaluar y prepararse para las idiosincrasias anatómicas de cada paciente. “Nuestros colaboradores están convencidos de que esto hará una diferencia”, dice Paulina Golland, profesor de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación en el MIT, que dirigió el proyecto. “La frase que oí es que” los cirujanos ver con sus manos, “que la percepción está en el tacto.”

Esta caída, siete cirujanos cardiacos en el Hospital Infantil de Boston participará en un estudio destinado a evaluar la utilidad de los modelos.

Golland y sus colegas describen su nuevo sistema en la Conferencia Internacional de Computación de imágenes médicas e Intervención asistida por ordenador en octubre. Danielle Pace, un estudiante graduado del MIT en ingeniería eléctrica y ciencias de la computación, es primer autor en el papel y encabezó el desarrollo del software que analiza las imágenes por resonancia magnética. Medhi Moghari, físico de la Hospital Infantil de Boston, ha desarrollado nuevos procedimientos que aumentan la precisión de imágenes por resonancia magnética diez veces, y Andrew Powell, un cardiólogo en el hospital, lleva trabajo clínico del proyecto.

El trabajo fue financiado por el Hospital Infantil de Boston, tanto por Harvard y Catalizador, un consorcio dirigido a abandonar rápidamente la innovación científica en la clínica.

datos de resonancia magnética consisten en una serie de secciones transversales de un objeto tridimensional. Al igual que una fotografía en blanco y negro, cada sección transversal tiene regiones de oscuridad y luz, y los límites entre esas regiones puede indicar los bordes de las estructuras anatómicas. Por otra parte, puede que no.

La determinación de los límites entre los distintos objetos en una imagen es uno de los problemas centrales de la visión artificial, conocida como “la segmentación de imágenes.” Pero para fines generales algoritmos de segmentación no son lo suficientemente fiables para producir los modelos muy precisos que requiere la planificación quirúrgica.

Factores humanos

Típicamente, la manera de hacer que un algoritmo de imagen de segmentación más precisa es aumentar con un modelo genérico del objeto a ser segmentado. Los corazones humanos, por ejemplo, tienen cámaras y los vasos sanguíneos que son por lo general en más o menos los mismos lugares con relación a otra. Que la consistencia anatómica podría dar un algoritmo de segmentación de una manera de eliminar a conclusiones sobre los bordes del objeto improbables.

El problema con este enfoque es que muchos de los pacientes cardíacos en el Hospital Infantil de Boston requieren cirugía precisamente porque la anatomía de su corazón es irregular. Inferencias a partir de un modelo genérico podrían oscurecer las mismas características que son más importantes para el cirujano.

En el pasado, los investigadores han producido modelos imprimibles del corazón al indicar manualmente los límites de imágenes por resonancia magnética. Pero con los aproximadamente 200 secciones transversales en una de las exploraciones de alta precisión de Moghari, ese proceso puede tomar de ocho a 10 horas.

“Ellos quieren traer a los niños en para escanear y pasan probablemente uno o dos días haciendo la planificación de cómo exactamente van a operar”, dice Golland. “Si se toma otro día sólo para procesar las imágenes, se vuelve difícil de manejar.”

Ritmo y la solución de Golland fue pedir a un experto humano para identificar los límites en algunas de las secciones transversales y permitir algoritmos para tomar el control de allí. Sus resultados fueron más fuertes cuando se les pide al experto que sólo un pequeño segmento de parche –one noveno de la superficie total – de cada sección transversal.

En ese caso, la segmentación de sólo 14 parches y dejar que el algoritmo de inferir el resto produjo 90 porcentaje de acuerdo con la segmentación de expertos de toda la colección de 200 secciones transversales. segmentación humana de sólo tres parches produjo el 80 por ciento del acuerdo.

“Creo que si alguien me dijo que podía segmento de todo el corazón a partir de ocho rebanadas de cada 200, no lo habría creído”, dice Golland. “Fue una sorpresa para nosotros.”

En conjunto, la segmentación humana de parches de muestra y la generación algorítmica de un modelo de corazón digital, 3-D dura aproximadamente una hora. El proceso de 3-D de impresión tarda un par de horas más.

Pronóstico

En la actualidad, el algoritmo examina parches de secciones transversales segmentados y busca características similares en las secciones transversales segmentadas más cercanas. Pero Golland cree que su rendimiento podría mejorarse si también examinó los parches que corrían oblicuamente a través de varias secciones transversales. Esta y otras variaciones en el algoritmo son el tema de investigación en curso.

El estudio clínico en el otoño implicará resonancias magnéticas a partir de 10 pacientes que ya han recibido tratamiento en el Hospital Infantil de Boston. Cada uno de los siete cirujanos se les dará datos sobre los 10 pacientes – algunos, probablemente, más de una vez. Que los datos incluirá la resonancia magnética en bruto y, de forma aleatoria, ya sea un modelo físico o un modelo computarizado de 3-D, basado, de nuevo de forma aleatoria, ya sea en humanos o segmentaciones segmentaciones algorítmicos.

Con los datos obtenidos, los cirujanos elaborarán planes quirúrgicas, que serán comparados con la documentación de las intervenciones que se realizaron en cada uno de los pacientes. La esperanza es que el estudio arrojará luz sobre si los modelos físicos impresos-3-D en realidad pueden mejorar los resultados quirúrgicos.

Geles metálicos producen la emisión de luz sintonizable

Nueva familia de materiales luminiscentes pudo encontrar amplias aplicaciones en detectores químicos y biológicos

Instituto de Tecnología de Massachusetts

CAMBRIDGE, Mass .– Los investigadores del MIT han desarrollado una familia de materiales que pueden emitir luz de colores controlados con precisión – incluso pura luz blanca – y cuya salida se puede ajustar para responder a una amplia variedad de condiciones externas. Los materiales podrían encontrar una variedad de usos en la detección de compuestos químicos y biológicos, o condiciones mecánicas y térmicas.

El material, un gel de polímero metálica fabricada utilizando elementos de las tierras raras, se describe en un artículo publicado en el Journal de la profesora asistente American Chemical Societyby de ciencia de los materiales e ingeniería Niels Holten-Andersen, postdoc Pangkuan Chen, y los estudiantes graduados Qiaochu Li y Scott grindy .

El material, una metallogel lantánidos emisor de luz, se puede sintonizar químicamente para emitir luz en respuesta a estímulos químicos, mecánicos o térmicos – proporcionando potencialmente una salida visible para indicar la presencia de una sustancia o condición particular.

El nuevo material es un ejemplo de trabajo con materiales biológicamente inspirados, Holten-Andersen explica. “Mi nicho es la biomimética – el uso de trucos de la naturaleza para diseñar polímeros bio-inspirado,” dice. Hay una increíble variedad de organismos “realmente chulas” en los océanos, dice, añadiendo: “Apenas hemos arañado la superficie de tratar de entender cómo se ponen juntos, desde un punto de vista mecánico y químico.”

El estudio de tales materiales naturales, evolucionado durante millones de años para adaptarse a condiciones ambientales adversas, “nos permite como ingenieros para derivar los principios de diseño” que se pueden aplicar a otros tipos de materiales, añade.

La propia investigación de Holten-Andersen ha examinado un tipo particular de reticulación en las roscas mejillones utilizan para anclar a las rocas, llamados enlaces metal-coordinación. Estos bonos, añade, también juegan un papel importante en muchas funciones biológicas, como la unión del oxígeno a la hemoglobina en los glóbulos rojos.

Se hace hincapié en que la idea no es copiar la naturaleza, sino para comprender y aplicar algunos de los principios subyacentes de materiales naturales; en algunos casos, estos principios pueden ser aplicados en los materiales que son más simples en su estructura y más fácil de producir que sus contrapartes naturales.

En este caso, el uso de un metal del grupo de los lantánidos, también conocido como elementos de tierras raras, en combinación con un polímero llamado polietilenglicol ampliamente utilizado, o PEG, da como resultado un material que produce sintonizable, las emisiones de luz multicolor. La emisión de luz se puede reflejar cambios muy sutiles en el medio ambiente, proporcionando una salida de un código de colores que revela detalles de esas condiciones.

“Es súper sensibles a parámetros externos,” dice Holten-Andersen. “Haga lo que haga va a cambiar la dinámica de los bonos, que va a cambiar el color.”

Así, por ejemplo, los materiales podrían ser diseñados para detectar contaminantes específicos, toxinas o patógenos, con los resultados inmediatamente visibles sólo a través de la emisión de color.

Los materiales también se pueden detectar cambios mecánicos, y podría ser utilizado para detectar las tensiones en los sistemas mecánicos, dice Holten-Andersen. Por ejemplo, es difícil de medir fuerzas en los fluidos, dice, pero este enfoque podría proporcionar un medio sensible de hacerlo.

El material se puede hacer en un gel, una fina película, o un revestimiento que podría ser aplicado a las estructuras, indicando potencialmente el desarrollo de un fallo antes de que ocurra.

enlaces metal-coordinación en polímeros han sido objeto de otro trabajo de Holten-Andersen: En un documento separado publicó 31 de agosto en la revista Nature Materials, que afirmaron haber realizado polímeros con propiedades mecánicas sintonizables, incluyendo la rigidez. Estos materiales son naturalmente auto-ensamblaje y la auto-sanación, dice, y podrían ser útiles como materiales de absorción de energía o en los implantes biológicos que deben ser capaces de absorber impactos sin romperse, dice.

La memoria estructural de agua persiste en una escala temporal de picosegundos

existen subestructuras de larga vida en el agua líquida como se descubrió usando novela ultrarrápidos espectroscopias vibracionales

Instituto Max Planck para la Investigación de Polímeros

La vida útil de las estructuras locales de agua se probaron utilizando pulses.view láser ultrarrápido más

Crédito: & copy; Yuki Nagata / MPI-P

Mainz / Amsterdam. Un equipo de científicos del Instituto Max Planck para la Investigación de Polímeros (MPI-P) en Mainz, Alemania y FOM Instituto AMOLF en los Países Bajos han caracterizado la dinámica estructural de la zona de agua líquida, es decir, la rapidez con que las moléculas de agua cambian su estado de unión. El uso de espectroscopias vibracionales ultrarrápidos innovadores, los investigadores muestran por qué el agua líquida es tan único en comparación con otros líquidos moleculares. Este estudio ha sido publicado recientemente en las comunicaciones científicas journalNature.

Con la ayuda de una nueva combinación de experimentos de láser ultrarrápidos, los científicos encontraron que las estructuras locales persisten en el agua durante más de un picosegundo, un picosegundo (ps) es una milésima parte de una mil millonésima parte de un segundo (10-12 s). Esta observación cambia la percepción general del agua como un disolvente. “El 71% de la superficie terrestre está cubierta de agua. Como la mayoría de las reacciones químicas y biológicas en la tierra se producen en el agua o en la interfase aire-agua en los océanos o en las nubes, los detalles de cómo se comporta el agua a nivel molecular son cruciales. Nuestros resultados muestran que el agua no puede ser tratada como un continuo, sino que existen estructuras locales específicos y es probable muy importante “, dice Mischa Bonn, director del MPI-P.

El agua es un líquido muy especial con la dinámica extremadamente rápido. Las moléculas de agua de maniobra y se agitan en escalas de tiempo de sub-picosegundos, que los hacen indistinguibles en esta escala de tiempo. Si bien la existencia de las estructuras locales de muy corta vida – por ejemplo, dos moléculas de agua que están muy cerca uno del otro, o que están muy lejos el uno del otro – se sabe que se produce, se creía comúnmente que pierden la memoria de su estructura local dentro de menos de 0,1 picosegundos.

La prueba de las estructuras locales relativamente largo presentes en el agua líquida se obtuvo mediante la medición de las vibraciones de los bonos en el agua de oxígeno-hidrógeno (OH). Para este fin, el equipo de científicos utilizó espectroscopia infrarroja ultrarrápida, centrándose especialmente en las moléculas de agua que son débilmente (o fuertemente) hidrógeno unidos a sus moléculas de agua vecinas. Los científicos descubrieron que las vibraciones viven mucho más tiempo (hasta alrededor de 1 ps) de las moléculas de agua con una gran separación, que para aquellos que están muy cerca (hasta 0,2 ps). En otras palabras, las moléculas de agua débilmente unidos permanecen débilmente unidos por un tiempo muy largo.