Investigaciones matemáticas recientes han revelado una nueva y fascinante clase de formas conocidas como “células blandas”. Estas formas, caracterizadas por sus esquinas redondeadas y extremos puntiagudos, han sido identificadas como omnipresentes en toda la naturaleza, desde las complejas cámaras de las conchas de los nautilos hasta la forma en que las semillas se organizan dentro de las plantas. Este trabajo pionero profundiza en los principios del mosaico, que explora cómo se pueden unir diferentes formas sobre una superficie plana.
Azulejos innovadores con esquinas redondeadas
Matemáticos, incluido Gabor Domokos de la Universidad de Tecnología y Economía de Budapest, han examinado cómo redondear las esquinas de mosaicos poligonales puede dar lugar a formas innovadoras que pueden llenar espacios sin espacios. Tradicionalmente, se entendía que sólo se podían formar perfectamente formas poligonales específicas, como cuadrados y hexágonos. Sin embargo, la introducción de “formas de vértice”, que tienen bordes tangenciales que se encuentran en puntos, abre nuevas posibilidades para crear mosaicos que llenen el espacio, destacando una nueva tendencia. un informe Por naturaleza.
Convertir formas en celdas suaves
El equipo de investigación ha desarrollado un algoritmo que convierte formas geométricas tradicionales en células suaves y explora formas 2D y 3D. En dos dimensiones, se deben deformar al menos dos esquinas para crear una celda lisa adecuada. Por el contrario, las formas 3D pueden sorprender a los investigadores al carecer por completo de ángulos y construir líneas suaves y fluidas.
Células blandas en la naturaleza.
Domokos y sus colegas han observado estas células blandas en diversas formaciones naturales, incluidas secciones transversales de cebollas y estructuras en capas que se encuentran en tejidos biológicos. Su hipótesis es que la naturaleza tiende a favorecer estas formas redondeadas para reducir las debilidades estructurales que podrían causar las esquinas afiladas.
Influencias en la arquitectura
Este estudio no solo resalta las formas Encontró Pero esto no sólo significa que estas células blandas existen en la naturaleza, sino que también indica que arquitectos, como la famosa Zaha Hadid, han utilizado intuitivamente estos diseños celulares blandos en sus estructuras. Los principios matemáticos descubiertos pueden conducir a diseños arquitectónicos innovadores que prioricen el atractivo estético y la integridad estructural.
conclusión
Al cerrar la brecha entre las matemáticas y el mundo natural, esta investigación abre posibilidades para una mayor exploración de cómo estas células blandas impactan en diferentes campos, desde la biología hasta la arquitectura.
Las células nerviosas (ilustración del artista) que reaccionan al hambre pierden su capacidad de detectar la insulina cuando están rodeadas por un armazón pegajoso.Copyright: KTSDesign/SPL
La sustancia pegajosa también impide que la insulina llegue a las células nerviosas del cerebro que controlan el hambre. Los experimentos encontraron que la inhibición de la producción de la sustancia pegajosa hacía que los ratones perdieran peso. Estos hallazgos apuntan a un nuevo impulsor de la pérdida de peso. Trastornos metabólicos Podría ayudar a los científicos a identificar objetivos para fármacos destinados a tratar estas afecciones.
Estos resultados fueron publicados hoy en naturaleza.
Hambre en el cerebro
Enfermedades metabólicas como diabetes tipo 2 La obesidad puede desarrollarse cuando las células del cuerpo se vuelven insensibles a la insulina, la hormona que regula los niveles de azúcar en sangre. Los científicos que buscan el mecanismo que causa esta resistencia a la insulina se han centrado en una parte del cerebro llamada… El núcleo arqueado del hipotálamo.que detecta los niveles de insulina y, en respuesta, ajusta el gasto de energía y sentir hambre.
A medida que se desarrolla resistencia a la insulina en los animales, un tipo de… Andamio celularLa matriz extracelular, que mantiene en su lugar a las neuronas del hambre, se convierte en una sustancia pegajosa y desorganizada. Anteriormente, los investigadores observaron que este andamio cambia cuando los ratones reciben una dieta rica en grasas.2.
La neurociencia de los batidos: cómo el cerebro nos empuja hacia los alimentos grasos
Los investigadores querían saber si estos cambios cerebrales podrían provocar resistencia a la insulina en lugar de simplemente desarrollarse junto con ella. Los investigadores alimentaron a los ratones con una dieta rica en grasas y azúcar durante 12 semanas y monitorearon el andamiaje alrededor de las neuronas del hambre tomando muestras de tejido y monitoreando la actividad genética.
Los investigadores descubrieron que este andamio se volvió más grueso y pegajoso a las pocas semanas de que los ratones comenzaran la dieta poco saludable. A medida que estos animales aumentaron de peso, las neuronas del hipotálamo se volvieron menos capaces de procesar la insulina normalmente, incluso cuando la hormona se inyectaba directamente en sus cerebros. Esto sugiere que la viscosidad del andamio impide que la insulina llegue al cerebro. En cambio, “se quedan”, dice el coautor Jaron Dodd, neurocientífico de la Universidad de Melbourne en Australia.
La pérdida de peso conduce a la pérdida de peso.
Para intentar revertir estos cambios, los investigadores inyectaron a los ratones una enzima que digiere la sustancia pegajosa o una molécula llamada fluorosamina que inhibe la formación de andamios. Ambos métodos lograron eliminar la masa pegajosa en el cerebro de los animales, lo que permitió una mayor absorción de insulina. La fluorosamina incluso hizo que los animales perdieran peso y aumentaran su gasto energético. Dodd dice que tratar la resistencia a la insulina apuntando a la estructura de soporte alrededor de las neuronas puede ser más seguro que apuntar a las neuronas directamente.
Estas células cerebrales pueden afectar la rapidez con la que come y cuándo dejar de comer
Kimberly Along, bioquímica de la Facultad de Farmacia de la Universidad de Washington en Seattle, que no participó en el estudio, dice que se trata de un estudio de “alta calidad” que demuestra “una y otra vez” que esta estructura celular regula la señalización hormonal en un forma que afecta directamente al resto del metabolismo del cuerpo y provoca enfermedades. Este estudio también dirige el campo a centrarse no sólo en las células individuales y los tipos de células, sino también en “el material de embalaje en el que se asientan las células”, añade.
Los experimentos del equipo también mostraron que la inflamación en el hipotálamo conduce a la alteración de la estructura, pero el estudio no aborda qué desencadena la inflamación en primer lugar, dice Alonge. Investigaciones anteriores han demostrado que las células cerebrales llamadas células gliales pueden afectar la integridad estructural del andamio, y Alonge quiere saber si las células gliales contribuyen a la inflamación observada en el estudio.
Dodd dice que aún no está claro qué papel desempeñan las estructuras anormales en la causa de la enfermedad metabólica en comparación con otros factores bien conocidos que conducen a la enfermedad. Dodd y sus colegas esperan abordar este tema más adelante.
Se necesitan investigaciones futuras para investigar si esta sustancia pegajosa surge con enfermedades metabólicas en humanos. Esto puede ser un desafío, dice Dodd, porque no existe una forma no quirúrgica de acceder al hipotálamo, que se encuentra en lo profundo del cerebro y es un tejido difícil de tomar muestras, incluso de órganos donados.
Fue realizado por investigadores del Departamento de Instrumentación y Física Aplicada (IAP), el Instituto Indio de Ciencias (IISc) y sus colaboradores. Se ha desarrollado un nuevo supercondensador Que se puede cargar con luz.
Esta innovación se puede utilizar en alumbrado público y dispositivos electrónicos autoalimentados, incluidos sensores. A diferencia de los condensadores estándar, que almacenan energía electrostáticamente, los supercondensadores utilizan métodos electroquímicos para almacenar significativamente más energía, lo que les permite “liberar carga más rápido que las baterías”. ”, dijo Abha Misra, profesor del Departamento de Instrumentación y Física Aplicada del Instituto Indio de Ciencias y autor del estudio.
Los electrodos del supercondensador consisten en nanobarras de óxido de zinc sobre un sustrato transparente de óxido de estaño perfluorado, lo que permite que la luz pase a través y cargue el dispositivo. Cuando se expuso a la luz ultravioleta, el supercondensador mostró un aumento significativo en la capacitancia, su capacidad para almacenar energía eléctrica. “Las ideas eran simples… pero, una vez puestas en conjunto, funcionaron muy bien”, añade Misra.
Comportamiento de besos
Además del sorprendente aumento de la amplitud, los investigadores descubrieron dos comportamientos inusuales. Primero, la capacitancia del dispositivo aumentó con el voltaje bajo exposición a la luz, un fenómeno que el coautor AM Rao de la Universidad de Clemson denominó “comportamiento de asfixia”. En segundo lugar, si bien el almacenamiento de energía generalmente disminuye cuando se carga más rápido, el equipo descubrió que su supercondensador almacena más energía durante la carga rápida cuando se expone a la luz ultravioleta.
El equipo de investigación utilizó un electrolito líquido para mejorar el rendimiento potenciando el efecto eléctrico de doble capa, que desempeña un papel clave en la alta capacidad de almacenamiento de energía de los supercondensadores. Misra señala posibles aplicaciones en teléfonos móviles y otros dispositivos pequeños: “Hemos miniaturizado supercondensadores a escala de micrones para que puedan integrarse en microchips”.
Misra cree que esta nueva tecnología podría eventualmente reemplazar las células solares en las farolas debido a un tiempo de carga más rápido y una mayor densidad de energía.
La investigación fue publicada en Revista de química de materiales AEl equipo espera seguir desarrollando el supercondensador para cargar utilizando luz visible e infrarroja.
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Una técnica de seguimiento molecular conocida como PAPA-fSMT utiliza etiquetas fluorescentes para estudiar complejos de proteínas en la célula.Derechos de autor: Getty
Las células vivas están llenas de proteínas. Pero estas proteínas rara vez funcionan solas; Impulsan el comportamiento celular al emparejarse con otras proteínas para formar complejos temporales o duraderos. “La mayoría de las proteínas de la célula no son monógamas, por así decirlo”, dice Thomas Graham, biofísico de la Universidad de California, Berkeley.
Estas relaciones afectan la función: una proteína puede realizar muchas tareas celulares, dependiendo de las moléculas con las que interactúa.
Pero estudiar complejos proteicos en las células ha sido difícil. La mayoría de las técnicas requieren romper células para obtener proteínas para estudiar en un tubo de ensayo, o moléculas para marcar, pero a menudo las etiquetas están demasiado dispersas para que las interacciones se puedan observar de manera confiable. En 2022, Graham y sus colegas del laboratorio del bioquímico Robert Tjian de la Universidad de California, Berkeley, describieron una forma de capturar estas interacciones en células vivas a nivel de una sola molécula.1Este método, llamado fotoactivación asistida por proximidad (PAPA), utiliza la excitación de un fluoróforo con luz verde para reactivar un segundo fluoróforo cercano desde un estado oscuro. La mayoría de las proteínas que emiten fluorescencia están cerca unas de otras y, por lo tanto, es probable que formen el mismo complejo con la proteína que lleva el fluoróforo excitado. “El método PAPA nos permite, por primera vez, iluminar moléculas que interactúan con un compañero particular y observar esas interacciones por pares dentro de la célula”, dice Graham.
Nuevo y mejorado
En una preimpresión publicada el 25 de junio, el equipo se basa en esta técnica combinándola con el seguimiento rápido de una sola molécula fSMT para determinar la dinámica molecular de un paso clave en la regulación de la transcripción genética.2. Llaman al nuevo método PAPA-fSMT.
“El trabajo anterior fue una muy buena prueba de concepto, pero aquí dieron un paso más al agregar el seguimiento de una sola molécula para poder medir la difusión del complejo proteico así como la proteína individual. “Han demostrado por primera vez esta cinética en células vivas”.
Graham dice que PAPA fue descubierto por casualidad durante el cierre de Covid-19. Como parte del estudio del nucléolo, una estructura del núcleo donde se ensamblan los ribosomas, Graham ha estado utilizando longitudes de onda específicas para alternar entre la excitación de un tinte rojo fluorescente y uno verde. Como era de esperar, las moléculas rojas desaparecieron rápidamente debido al fotoblanqueo, cambiando su estructura molecular para que no pudieran ser fluorescentes. Pero a medida que continuaba cambiando de longitud de onda, el pigmento rojo apareció de nuevo: algunas de las moléculas entraron en un estado oscuro sin ser fotoblanqueadas y aparentemente se activaron indirectamente mediante la excitación de la luz verde (ver “Interacciones informativas”). Estudios adicionales revelaron que para reactivar la proteína marcada en rojo, debe estar cerca de la proteína marcada en verde, lo que indica que es probable que las dos proteínas estén unidas en el mismo complejo. “Fue muy inesperado. Nunca antes había visto algo así”, dice Graham.
La señal de reactivación era más fuerte cuando las moléculas estaban muy cerca (sólo 68 angstroms, o aproximadamente 3,5 veces el diámetro de la doble hélice del ADN), pero seguía siendo detectable a una distancia de más de 2,5 veces esa distancia.
Aunque Graham aún no ha podido identificar la gama completa de tintes compatibles, ha observado el efecto utilizando tintes de rodamina y carborhodamina, así como algunas proteínas fluorescentes. Todavía no está claro exactamente cómo funciona la reactivación, pero la técnica ofrece una forma valiosa de investigar selectivamente compuestos específicos en células vivas, dice Taekjib Ha, biofísico de la Facultad de Medicina de Harvard.
Ha se especializa en otro enfoque para estudiar la proximidad molecular en las células: la transferencia de energía por resonancia de fluorescencia (FRET), en la que un fluoróforo transfiere su energía de excitación a un fluoróforo cercano. La transferencia de energía puede explicar por qué PAPA también funciona, pero las técnicas funcionan a diferentes distancias: la señal FRET decae aproximadamente a la mitad de la distancia que decae la señal PAPA. Además, en FRET, las proteínas están marcadas tan escasamente que la posibilidad de unir dos compuestos es mucho menor.
Graham señala que, a diferencia de la resonancia magnética fluorescente, los dos tintes en PAPA se excitan en momentos diferentes, por lo que no hay interferencia de la fluorescencia de fondo. Esto es importante para obtener imágenes de una sola molécula en altas concentraciones de proteínas.
Dinámica molecular
En la preimpresión del artículo, Graham y sus colegas exploraron cómo la quinasa P-TEFb activa la transcripción. Normalmente, cuando la ARN polimerasa comienza a transcribir un gen, detiene el proceso después de copiar las primeras docenas de bases; P-TEFb restaura la transcripción, pero cuando se une al complejo de ribonucleoproteína 7SK, esta actividad se inhibe. Los investigadores han nombrado una subunidad de la enzima P-TEFb, así como HEXIM1, una subunidad del complejo 7SK. El equipo aplicó PAPA a cuatro pares de proteínas y descubrió que el complejo P-TEFb-7SK se difunde más lentamente, de acuerdo con su mayor peso molecular, pero en su mayor parte no está asociado con la cromatina, lo que sugiere que el complejo generalmente existe sin unirse al ADN. La adición de un inhibidor de P-TEFb al sistema disoció rápidamente P-TEFb y HEXIM1. “Vemos que todo el complejo colapsa simultáneamente cuando las células se tratan con este inhibidor”, dice Graham.
En su propia investigación sobre la separación de fases, el fenómeno en el que las moléculas dentro de las células se separan espontáneamente en compartimentos celulares esencialmente distintos, Myung propone varias estrategias para combinar PAPA con el seguimiento de moléculas individuales. Myung señala que esta técnica no puede revelar nuevos actores en los complejos que estudia, porque los investigadores deben conocer las identidades de los componentes para etiquetarlos. “Pero si tienes las proteínas correctas etiquetadas, puedes intentar mapear estas cosas una por una, lo cual es realmente genial”.
Mientras tanto, Graham y sus colegas continúan trabajando en PAPA para completar los detalles moleculares de la transcripción. Actualmente, Graham utiliza esta técnica para determinar si las moléculas interactúan o no, pero también para determinar cuánto tiempo continúan interactuando; También pretende mejorar la especificidad de esta técnica mediante el desarrollo de métodos que tengan en cuenta la reactivación no específica, que aparece como ruido de fondo que puede distorsionar la imagen.
Los nuevos dispositivos también pueden ayudar. Graham está colaborando con los biofísicos Eric Betzig y Sreejokul Upadhyayula y su investigador postdoctoral Amir Hai en UC Berkeley para construir un nuevo tipo de microscopio que pueda capturar una mayor cantidad de trayectorias de moléculas individuales. “Existe todo un universo de interacciones entre proteínas que se pueden explorar en las células vivas”, afirma Graham. Ahora, gracias a PAPA-fSMT, los investigadores finalmente podrán intentar estudiarlo donde existe, en lugar de en tubos de ensayo.
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La Corte Suprema de los Estados Unidos ha emitido Abolió un precedente de larga data conocido como Principio de Chevron – una medida que algunos vieron como un golpe al proceso de toma de decisiones basado en evidencia en las agencias reguladoras estadounidenses. Chevron permitió a los jueces confiar en la experiencia de las agencias al implementar leyes federales vagas, siempre que sus interpretaciones fueran razonables. Los partidarios de Chevron dicen que brinda a las agencias expertas la flexibilidad para abordar nuevas investigaciones y desafíos (como tecnologías innovadoras, pandemias y cambio climático) que los legisladores no podrían haber anticipado cuando redactaron las regulaciones, a menudo hace décadas. Pero el tribunal dictaminó que esto otorga a las agencias demasiado poder y que los jueces deben tomar esas decisiones ellos mismos.
Cientos de estudios han intentado, sin éxito, demostrar de manera concluyente que tener una mascota mejora la salud física o mental de una persona. Una dificultad es que no es posible tener una mascota. Fácilmente Se elige al azarTratar de comparar a las personas que eligen tener mascotas con aquellas que no las tienen “en realidad es una forma inválida de abordar la pregunta de investigación”, dice la investigadora veterinaria Kerry Rodríguez. Otro problema es que muchos de los estudios están financiados por la industria del cuidado de mascotas.
¿Qué forma desperdicia más espacio cuando se agrupan? Como muchas de las preguntas más divertidas de matemáticas, es fácil de formular pero muy difícil de responder. Cuando los matemáticos Thomas Hills y Kondinia Vaga abordaron este problema, pensaron que podrían resolverlo en seis meses. Después de seis años, dicen que finalmente han demostrado que se necesitan seis meses para resolver este problema. El disco convexo concéntricamente simétrico más desmontable es el disco poligonal liso.En otras palabras, la forma de yeso que más derrocha es el octágono redondeado.
Se utilizó un gel cargado de células para hacer la “piel” de una cara de robot sonriente y los “ligamentos” que mantienen unida la piel.Derechos de autor: M. kawaii et al/Journal of Cell Physics.
Esta cara sonriente está hecha de células vivas de la piel humana montadas en un “marco” robótico con estructuras similares a ligamentos. Unir tejido vivo a un objeto mecánico ha resultado difícil. La base de plástico de este robot tiene pequeños canales en forma de V en los que puede crecer material de piel. Esto le permite realizar una función similar a los ligamentos biológicos: conectar diferentes capas manteniendo la flexibilidad.Las investigaciones sobre la naturaleza más destacadas | Leer durante dos minutos, naturaleza (muro de pago)
La psiquiatra pediátrica Linda Mays rinde homenaje a Mildred Thornton Stahlman, quien desarrolló una de las primeras unidades de cuidados intensivos neonatales. Stahlman murió a la edad de 101 años. (New York Times | 5 minutos para leer)
Leif Penguinson se tomará un descanso de su escondite esta semana. Espero volver a compartir con ustedes un nuevo misterio de pingüinos lo antes posible.
Mientras me siento pacientemente en un monumento, sonriéndole a Liv (¡lo siento, Shakespeare!), hay mucho más del Tour de Francia para disfrutar. Como beneficio adicional, un equipo de geólogos regresó este año para revelar cómo se produjeron los acontecimientos, por ejemplo En aquella época el Mediterráneo se secó durante miles de años. – Crear el escenario necesario para la celebración del mayor evento deportivo del mundo.
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Con contribuciones de Katrina Kramer y Smriti Mallapati
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Después de un mes de desarrollo, el órgano cerebral formado por células de múltiples donantes humanos tiene poco más de un milímetro de ancho.Crédito: n. Antón Bolaños et al./naturaleza
Por primera vez, los investigadores pudieron crecer Modelos 3D del cerebro. Que incluye una amplia gama de tipos de células de varias personas.1Estos organoides parecidos a aldeas en un plato pueden ayudar a revelar por qué la respuesta del cerebro a las drogas varía de persona a persona.
Otros equipos han creado láminas bidimensionales de células cerebrales obtenidas de más de un donante humano.2pero este trabajo apunta a sistemas 3D lo suficientemente potentes para la investigación.
“Es una técnica realmente poderosa, un enfoque poderoso”, dice Thomas Nowakowski, biólogo de la Universidad de California en San Francisco, que no participó en el estudio. Añade que es probable que muchos grupos adopten este método. “Es una gira técnica sólida”.
Estos cultivos quiméricos, que los autores llaman quimeroides, agrupan células de hasta cinco donantes. Pero futuras iteraciones podrían albergar células de cientos de personas. “¿Qué pasaría si algún día pudiéramos usar quimeroides como avatares para predecir respuestas individuales a nuevos tratamientos antes de probarlos en un ensayo?”, dice Paola Arlotta, bióloga de células madre de la Universidad de Harvard en Cambridge, Massachusetts, y autora principal del estudio, publicado hoy. naturaleza.
Se necesita un pueblo
Los sistemas modelo llamados organoides imitan la estructura celular de los órganos, Como los intestinos y los pulmones. Los investigadores los elaboran sumergiendo células madre de un donante humano en una mezcla de sustancias químicas definida con precisión, lo que estimula a las células madre a madurar y convertirse en todos los tipos de células que normalmente se encuentran en un órgano determinado. Las condiciones de cultivo también alientan a las células a ensamblarse en una forma tridimensional compleja.
Los organoides cerebrales crecen particularmente lentamente y son difíciles de usar, y los investigadores han buscado mejores formas de producirlos. Un enfoque consistió en combinar células de varios donantes en un solo organoide cerebral. Sería más fácil trabajar con poblaciones celulares de múltiples donantes y capturarían una amplia diversidad de genes humanos en un solo modelo. Sin embargo, debido a que las células madre primarias crecen a diferentes velocidades, inevitablemente los linajes de rápido crecimiento toman el control.
Fuera de muchos, uno
El truco, según informan ahora Arlotta y sus colegas, consiste en fabricar un conjunto de organoides de un solo donante. A medida que maduran, las células de todos los organismos adquieren tasas de crecimiento similares. Al homogeneizar estas estructuras y agrupar las células, es posible cultivar un organoide compuesto. Los quimeroides de los autores se expandieron a unos 3-5 milímetros después de tres meses y contenían los mismos tipos de células que se encuentran en el tejido cortical embrionario.
Células cerebrales humanas trasplantadas a ratones provocan excitación y ansiedad
“Se trata de un progreso realmente bueno”, afirma Robert Vries, director ejecutivo de la empresa de investigación de organoides HUB Organoids en Utrecht, Países Bajos. La comunidad que estudia el sistema nervioso central “realmente necesita más sistemas de órganos”.
Los quemeroides deberían permitir a los investigadores ver si los fármacos tendrán efectos diferentes en diferentes personas. Como caso de prueba, el equipo trató órganos de múltiples donantes con fármacos neurotóxicos. Etanol, que causa… Síndrome de alcoholismo fetalEsto redujo la cantidad de células del linaje celular de un solo donante. Las células de este donante crecieron más rápido cuando se combinaron con ácido valproico, un fármaco antiepiléptico relacionado con un mayor riesgo de epilepsia. Desorden del espectro autista En niños que han estado expuestos a él. En el útero.
Dolores de crecimiento
Pero será necesario un seguimiento cuidadoso para garantizar que cualquier efecto observado en los modelos quiméricos provenga de la herencia de una línea celular particular, en lugar de la interacción entre células relacionadas, advierte Fries.
El cultivo de quimeroides también requiere mucha mano de obra, añade Novakowski, que está experimentando con el modelo en su laboratorio. Pero los sistemas automatizados de cultivo celular deberían reducir la carga de trabajo y hacer que estos modelos sean viables para experimentos más eficientes sobre enfermedades cerebrales.
