Historicamente, o JoVE, The Journal of Visualized Experiments, concentrou-se principalmente em pesquisas biomédicas e desenvolveu subseções para Bioengenharia, Medicina Clínica e Translacional, Imunologia e Infecção, e Neurociência. Este mês de julho, o JoVE lança sua seção de Física Aplicada, que inclui uma variedade de conteúdos, desde Física de Plasmas até Ciência dos Materiais. Iniciamos a nova seção com um artigo notável da Universidade Purdue, onde pesquisadores do Centro de Manufatura Baseada em Laser estão realizando estudos.
A matéria existe em três estados conhecidos: sólido, líquido e gasoso. Se um gás for atingido com energia suficiente, os átomos podem perder elétrons, ou seja, tornar-se ionizados, formando um quarto estado chamado plasma. O plasma é a forma mais abundante de matéria, ocupando cerca de 99,999% do universo visível. Utilizando pulsos a laser ultracurtos de 100 femtosegundos, ou 100 quatrilionésimos de segundo, nossos autores demonstram uma técnica denominada shadowgrafia de bombeamento e sonda, que permite visualizar o plasma inicial à medida que se desenvolve a partir de superfícies metálicas. Ao construir um modelo de simulação, esses pesquisadores conseguem examinar a dinâmica do plasma inicial, possibilitando uma melhor compreensão de como a matéria se ioniza.
Para a subcategoria de ciência dos materiais da física aplicada, o JoVE se materializa na Universidade de Michigan, onde pesquisadores estão desenvolvendo novos métodos em microfabricação. Nossos autores demonstram um método para cultivar microestruturas complexas tridimensionais feitas de nanotubos de carbono, que podem ser usadas como moldes-mestre para produzir réplicas em polímeros ou materiais biológicos. A microscopia eletrônica de varredura revela que os moldes-mestre de nanotubos de carbono são reproduzidos com alta fidelidade na forma em microescala e na textura em nanescala nas réplicas poliméricas feitas a partir desses moldes. A tecnologia de microfabricação permite que operações laboratoriais sejam realizadas em pequenas escalas – essencialmente colocando um laboratório em um chip.
Passando da Física Aplicada para a fisiologia cardíaca, o JoVE visita a Universidade George Washington para registrar uma preparação Langendorff modificada. O JoVE publicou diversos artigos que demonstram essa preparação fisiológica, a qual permite que o coração bata isoladamente por horas a fio. A abordagem envolve a perfusão retrógrada do coração, por meio da aorta, o que fecha a válvula aórtica e força o perfusato oxigenado a passar pela circulação coronariana, a fim de manter o tecido cardíaco.
Nossos autores apresentam uma modificação desse preparo que envolve a cânulagem da aurícula esquerda, da veia cava inferior e da artéria pulmonar. Nesse estado, todas as quatro câmaras do coração são cânuladas, proporcionando assim pressões de carga fisiológicas para ambos os ventrículos e eliminando a necessidade de perfundir o coração retrogradamente através da aorta. Portanto, a perfusão do coração ocorre na direção normal, e o coração fornece sua própria pressão para a perfusão coronariana.
Uma vez que esse modelo de coração funcional biventricular é alcançado, nossos autores prosseguem para configurar a aquisição de imagens da fluorescência da nicotinamida adenina dinucleotídeo, ou NADH. Esse coenzima, encontrado nas mitocôndrias, emite fluorescência em seu estado reduzido e fornece uma leitura da concentração local de oxigênio, e portanto do metabolismo cardíaco. Esses pesquisadores demonstram medições da fluorescência de NADH durante diferentes taxas de estimulação elétrica e, assim, ilustram o potencial desse modelo fisiologicamente relevante em fornecer informações sobre patologias cardíacas.
Na nossa seção de Bioengenharia, a JoVE visita a Universidade do Pacífico para um artigo sobre a produção de seda sintética de aranha. Em 2010, a JoVE publicou um artigo do laboratório Vierra, que demonstrou técnicas de microdissecção para isolar as 12 glândulas produtoras de seda da aranha Viúva-Negra. O isolamento dessas glândulas permite a realização de técnicas analíticas, com o objetivo de identificar proteínas específicas de seda de aranha. Como as aranhas são venenosas e canibais, criá-las para produção em larga escala de seda de aranha é inviável. Portanto, o laboratório Vierra transforma bactérias com plasmídeos contendo proteínas de seda e expressa proteínas recombinantes de seda de aranha em bactérias.
Este mês de julho no JoVE, o grupo Vierra apresenta um método para isolamento e purificação da proteína da seda de aranha a partir dessas bactérias. Em seguida, demonstram como a proteína purificada é fiada em fibras e mostram métodos para coletar essas fibras, bem como avaliar sua resistência. A seda de aranha é de grande interesse para os cientistas de biomateriais, devido à sua biocompatibilidade e propriedades mecânicas, que a tornam mais resistente que o aço de tração. O laboratório Vierra demonstrou a produção em escala laboratorial da seda de aranha, que potencialmente pode ser expandida para um processo de fabricação em larga escala. Este breve resumo sintetiza quatro dos cinquenta artigos que o JoVE publicará este mês de julho. Outras publicações notáveis incluem demonstrações de eletroporação ex ovo em embriões de galinha em estágio avançado, produção de proteínas secretadas a partir de células humanas e o ex vivo cultivo de cérebros de moscas-das-frutas