Исторически сложилось так, что JoVE, The Journal of Visualized Experiments, был сосредоточен в основном на биомедицинских исследованиях и разрабатывал подразделы для биоинженерии, клинической и трансляционной медицины, иммунологии и инфекций, а также неврологии. В июле этого года JoVE запускает раздел «Прикладная физика», который включает в себя широкий спектр контента от физики плазмы до материаловедения. Мы начинаем новый раздел с примечательной статьи из Университета Пердью, где изучают исследователи из Центра лазерного производства.
Материя существует в трех привычных состояниях: твердом, жидком и газообразном. Если газ подвергается воздействию достаточной энергии, атомы могут терять электроны или ионизироваться, образуя четвертое состояние, называемое плазмой. Плазма является наиболее распространенной формой вещества; занимая около 99,999% видимой Вселенной. Используя ультракороткие лазерные импульсы длительностью 100 фемтосекунд или 100 квадриллионов секунды, наши авторы демонстрируют метод, называемый теневой графией зонда накачки, который позволяет визуализировать раннюю плазму по мере ее развития из металлических поверхностей. Построив имитационную модель, эти исследователи могут изучить раннюю динамику плазмы, что позволяет лучше понять, как материя ионизируется.
Что касается подкатегории прикладной физики в области материаловедения, то JoVE материализуется в Мичиганском университете, где исследователи разрабатывают новые методы микропроизводства. Наши авторы демонстрируют метод выращивания сложных трехмерных микроструктур из углеродных нанотрубок, которые могут быть использованы в качестве мастер-форм для отливки реплик из полимеров или биологических материалов. Сканирующая электронная микроскопия показала, что мастер-формы из углеродных нанотрубок воспроизводятся с высокой точностью в микромасштабной форме и наноразмерной текстуре в полимерных копиях, изготовленных из этих форм. Технология микропроизводства позволяет выполнять лабораторные операции в небольших масштабах, по сути, создавая лабораторию на чипе.
Перейдя от прикладной физики к физиологии сердца, JoVE посещает Университет Джорджа Вашингтона, чтобы получить модифицированный препарат Лангендорфа. Компания JoVE опубликовала несколько статей, демонстрирующих эту физиологическую подготовку, которая позволяет сердцу биться изолированно в течение нескольких часов. Этот подход включает в себя ретроградную перфузию сердца через аорту, которая закрывает аортальный клапан и пропускает насыщенный кислородом перфузат через коронарное кровообращение для поддержания сердечной ткани.
Наши авторы представляют модификацию этого препарата, которая включает в себя канюлирование ушка левого предсердия, нижней полой вены и легочной артерии. В таком состоянии все четыре камеры сердца канюлируются, тем самым обеспечивая физиологическое давление нагрузки на оба желудочка, и устраняя необходимость ретроградного запитывания сердца через аорту. Поэтому перфузия сердца происходит в нормальном направлении, и сердце обеспечивает собственное давление для коронарной перфузии.
После того, как эта бивентрикулярная модель работающего сердца создана, наши авторы приступают к визуализации флуоресценции никтонамидадениндинуклеутида, или NADH. Этот кофермент, который содержится в митохондриях, излучает флуоресценцию в пониженном состоянии и обеспечивает считывание местной концентрации кислорода и, следовательно, метаболизма сердца. Эти исследователи демонстрируют измерения флуоресценции NADH при различных скоростях стимуляции и тем самым иллюстрируют потенциал этой физиологически значимой модели для понимания сердечных патологий.
В нашем разделе биоинженерии JoVE посещает Тихоокеанский университет, чтобы прочитать статью, посвященную производству синтетического паучьего шелка. Еще в 2010 году JoVE опубликовал статью из лаборатории Vierra, в которой были продемонстрированы методы микродиссекции для выделения 12 шелковых желез от паука черной вдовы. Выделение этих желез позволяет использовать аналитические методы для идентификации специфических белков паучьего шелка. Поскольку пауки ядовиты и каннибалы, выращивать их для крупномасштабного производства паучьего шелка нереально. Таким образом, лаборатория Vierra трансформирует бактерии с плазмидами, содержащими белки шелка, и экспрессирует рекомбинантные белки паучьего шелка в бактериях.
В июле этого года в JoVE группа Vierra познакомит нас с методом выделения и очистки белка паучьего шелка от этих бактерий. Затем они показывают нам, как очищенный белок превращается в волокна, и демонстрируют методы сбора этих волокон, а также оценки их прочности. Паучий шелк представляет большой интерес для ученых-биоматериаловедов, из-за его биосовместимости и механических свойств, которые делают его прочнее прочной стали. Лаборатория Vierra показала нам лабораторное производство паучьего шелка, которое потенциально может быть расширено до крупномасштабного производственного процесса. В этом кратком обзоре представлены четыре из пятидесяти статей, которые JoVE выпустит в июле этого года. Другие заслуживающие внимания публикации включают демонстрацию ex ovo электропорации на поздних стадиях куриных эмбрионов, производство секретируемых белков из клеток человека и культивирование ex vivo мозга плодовой мушки.