Historiquement, JoVE, The Journal of Visualized Experiments, s’est principalement concentré sur la recherche biomédicale et a développé des sous-sections pour la bio-ingénierie, la médecine clinique et translationnelle, l’immunologie et l’infection, et les neurosciences. Ce mois de juillet, JoVE lance sa section Physique appliquée, qui comprend une gamme de contenus allant de la physique des plasmas à la science des matériaux. Nous commençons la nouvelle section avec un article remarquable de l’Université Purdue, où étudient des chercheurs du Center for Laser-Based Manufacturing.
La matière existe dans trois états familiers : solide, liquide et gazeux. Si un gaz est frappé avec suffisamment d’énergie, les atomes peuvent perdre des électrons, ou s’ioniser, pour former un quatrième état appelé plasma. Le plasma est la forme de matière la plus abondante ; occupant environ 99,999 % de l’univers visible. À l’aide d’impulsions laser ultracourtes de 100 femtosecondes, ou 100 quadrillionièmes de seconde, nos auteurs font la démonstration d’une technique appelée shadowgraphie de sonde pompe, qui permet de visualiser le plasma précoce au fur et à mesure qu’il évolue à partir de surfaces métalliques. En construisant un modèle de simulation, ces chercheurs sont en mesure d’examiner la dynamique précoce du plasma, ce qui permet de mieux comprendre comment la matière s’ionise.
Pour la sous-catégorie de la science des matériaux de la physique appliquée, JoVE se matérialise à l’Université du Michigan, où les chercheurs développent de nouvelles méthodes de microfabrication. Nos auteurs font la démonstration d’une méthode permettant de cultiver des microstructures tridimensionnelles complexes à partir de nanotubes de carbone, qui peuvent être utilisées comme moules maîtres pour couler des répliques à partir de polymères ou de matériaux biologiques. La microscopie électronique à balayage révèle que les moules maîtres en nanotubes de carbone sont reproduits avec une grande fidélité en forme et en texture à l’échelle microscopique dans les répliques de polymères fabriquées à partir de ces moules. La technologie de microfabrication permet d’effectuer des opérations de laboratoire à petite échelle, ce qui revient à installer un laboratoire sur une puce.
Passant de la physique appliquée à la physiologie cardiaque, JoVE visite l’Université George Washington pour capturer une préparation modifiée de Langendorff. JoVE a publié plusieurs articles qui démontrent cette préparation physiologique, qui permet au cœur de battre isolément pendant des heures. L’approche implique une perfusion rétrograde du cœur, via l’aorte, qui ferme la valve aortique et force le perfusat oxygéné à travers la circulation coronaire, afin de soutenir le tissu cardiaque.
Nos auteurs présentent une modification de cette préparation qui implique la canulation de l’appendice auriculaire gauche, de la veine cave inférieure et de l’artère pulmonaire. Dans cet état, les quatre cavités du cœur sont canulées, fournissant ainsi des pressions de charge physiologiques aux deux ventricules et éliminant le besoin de rétro-faire perfuser le cœur à travers l’aorte. Par conséquent, la perfusion du cœur est dans la direction normale et le cœur fournit sa propre pression pour la perfusion coronaire.
Une fois que ce modèle de cœur fonctionnel biventriculaire est réalisé, nos auteurs procèdent à la mise en place de l’imagerie de la fluorescence du nictonamide adénine dinucléoutide, ou NADH. Cette coenzyme, que l’on trouve dans les mitochondries, émet de la fluorescence à l’état réduit et fournit une lecture de la concentration locale en oxygène, et donc du métabolisme cardiaque. Ces chercheurs démontrent des mesures de fluorescence du NADH à différentes vitesses de stimulation et illustrent ainsi le potentiel de ce modèle physiologiquement pertinent pour fournir des informations sur les pathologies cardiaques.
Dans notre section Bio-ingénierie, JoVE visite l’Université du Pacifique pour un article traitant de la production de soie d’araignée synthétique. En 2010, JoVE a publié un article du laboratoire Vierra, qui démontrait des techniques de microdissection pour isoler les 12 glandes productrices de soie de l’araignée Black Widow. L’isolement de ces glandes permet d’effectuer des techniques analytiques, afin d’identifier des protéines spécifiques de soie d’araignée. Parce que les araignées sont venimeuses et cannibales, il est irréaliste de les élever pour la production à grande échelle de soie d’araignée. Par conséquent, le laboratoire Vierra transforme les bactéries avec des plasmides contenant des protéines de soie et exprime des protéines de soie d’araignée recombinantes dans les bactéries.
Ce mois de juillet dans JoVE, le groupe Vierra nous présente une méthode permettant d’isoler et de purifier les protéines de soie d’araignée de ces bactéries. Ils nous montrent ensuite comment les protéines purifiées sont transformées en fibres et démontrent des méthodes pour collecter ces fibres, ainsi que pour évaluer leur force. La soie d’araignée est d’un grand intérêt pour les scientifiques des biomatériaux, en raison de sa biocompatibilité et de ses propriétés mécaniques, qui la rendent plus résistante que l’acier tendu. Le laboratoire Vierra nous a montré la production à l’échelle du laboratoire de soie d’araignée qui peut potentiellement être étendue à un processus de fabrication à grande échelle. Ce bref résumé résume quatre des cinquante articles que JoVE publiera en juillet. Parmi les autres publications notables, citons les démonstrations de l’électroporation ex ovo dans des embryons de poulet à un stade avancé, la production de protéines sécrétées à partir de cellules humaines et la culture ex vivo de cerveaux de mouches des fruits.