Storicamente, JoVE, The Journal of Visualized Experiments, si è concentrato principalmente sulla ricerca biomedica e ha sviluppato sottosezioni per la bioingegneria, la medicina clinica e traslazionale, l'immunologia e le infezioni e le neuroscienze. A luglio, JoVE lancia la sua sezione Fisica Applicata, che include una serie di contenuti che vanno dalla Fisica del Plasma alla Scienza dei Materiali. Iniziamo la nuova sezione con un importante articolo della Purdue University, dove i ricercatori del Center for Laser-Based Manufacturing stanno studiando.
La materia esiste in tre stati familiari: solido, liquido e gassoso. Se un gas viene colpito con energia sufficiente, gli atomi possono perdere elettroni o ionizzarsi per formare un quarto stato chiamato plasma. Il plasma è la forma più abbondante di materia; occupando circa il 99,999% dell'universo visibile. Utilizzando impulsi laser ultracorti di 100 femtosecondi, o 100 quadrilionesimi di secondo, i nostri autori dimostrano una tecnica chiamata ombreggiatura della sonda a pompa, che consente di visualizzare il plasma primordiale mentre si evolve dalle superfici metalliche. Costruendo un modello di simulazione, questi ricercatori sono in grado di esaminare le prime dinamiche del plasma, consentendo una migliore comprensione di come la materia viene ionizzata.
Per la sottocategoria della fisica applicata della scienza dei materiali, JoVE si materializza presso l'Università del Michigan, dove i ricercatori stanno sviluppando nuovi metodi di microfabbricazione. I nostri autori dimostrano un metodo per far crescere microstrutture complesse e tridimensionali da nanotubi di carbonio, che possono essere utilizzati come stampi master per fondere repliche da polimeri o materiali biologici. La microscopia elettronica a scansione rivela che gli stampi master dei nanotubi di carbonio vengono riprodotti con alta fedeltà in forma micrometrica e trama su scala nanometrica nelle repliche polimeriche realizzate da questi stampi. La tecnologia di microfabbricazione consente di eseguire operazioni di laboratorio su piccola scala, essenzialmente mettendo un laboratorio su un chip.
Passando dalla fisica applicata alla fisiologia cardiaca, JoVE visita la George Washington University per catturare una preparazione di Langendorff modificata. JoVE ha pubblicato diversi articoli che dimostrano questa preparazione fisiologica, che permette al cuore di battere in isolamento per ore alla volta. L'approccio prevede la perfusione retrograda del cuore, attraverso l'aorta, che chiude la valvola aortica e forza il perfusato ossigenato attraverso la circolazione coronarica, al fine di sostenere il tessuto cardiaco.
I nostri autori presentano una modifica a questa preparazione che prevede l'incannulamento dell'appendice atriale sinistra, della vena cava inferiore e dell'arteria polmonare. In questo stato tutte e quattro le camere del cuore sono incannulate, fornendo così pressioni di carico fisiologiche a entrambi i ventricoli ed eliminando la necessità di fondere retrogradamente il cuore attraverso l'aorta. Pertanto, la perfusione del cuore è nella direzione normale e il cuore fornisce la propria pressione per la perfusione coronarica.
Una volta raggiunto questo modello di cuore funzionante biventricolare, i nostri autori procedono a impostare l'imaging della fluorescenza nictonamide adenina dinucleoutide, o NADH. Questo coenzima, che si trova nei mitocondri, emette fluorescenza nel suo stato ridotto e fornisce una lettura della concentrazione locale di ossigeno e quindi del metabolismo cardiaco. Questi ricercatori dimostrano le misurazioni della fluorescenza del NADH durante diverse velocità di stimolazione e quindi illustrano il potenziale di questo modello fisiologicamente rilevante per fornire informazioni sulle patologie cardiache.
Nella nostra sezione di Bioingegneria, JoVE visita l'Università del Pacifico per un articolo che tratta della produzione di seta di ragno sintetica. Nel 2010, JoVE ha pubblicato un articolo del laboratorio Vierra, che dimostrava le tecniche di microdissezione per isolare le 12 ghiandole produttrici di seta dal ragno Vedova Nera. L'isolamento di queste ghiandole consente di eseguire tecniche analitiche al fine di identificare specifiche proteine della seta di ragno. Poiché i ragni sono velenosi e cannibali, allevarli per la produzione su larga scala di seta di ragno non è realistico. Pertanto, il laboratorio Vierra trasforma i batteri con plasmidi contenenti proteine della seta ed esprime le proteine ricombinanti della seta di ragno nei batteri.
Questo luglio a JoVE, il gruppo Vierra ci guida attraverso un metodo per isolare e purificare le proteine della seta di ragno da questi batteri. Ci mostrano poi come le proteine purificate vengono filate in fibre e dimostrano i metodi per raccogliere queste fibre, oltre a valutarne la forza. La seta di ragno è di grande interesse per gli scienziati dei biomateriali, a causa della sua biocompatibilità e delle proprietà meccaniche, che la rendono più resistente dell'acciaio a trazione. Il laboratorio Vierra ci ha mostrato la produzione su scala di laboratorio di seta di ragno che può potenzialmente essere estesa a un processo di produzione su larga scala. Questo breve riassunto riassume quattro dei cinquanta articoli che JoVE pubblicherà questo luglio. Altre pubblicazioni degne di nota includono dimostrazioni di elettroporazione ex ovo in embrioni di pollo in fase avanzata, produzione di proteine secrete da cellule umane e la coltura ex vivo di cervelli di moscerini della frutta.