Исторически JoVE, The Journal of Visualized Experiments, фокусировался преимущественно на биомедицинских исследованиях и развивал подразделы по биоинженерии, клинической и трансляционной медицине, иммунологии и инфекциям, а также нейробиологии. В этом июле JoVE запускает раздел «Прикладная физика», который охватывает широкий спектр тем — от физики плазмы до материаловедения. Мы открываем новый раздел заметной статьей из Университета Пердью, где ведутся исследования в Центре лазерного производства.
Вещество 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 самой распространенной формой вещества, занимая около 99,999% видимой вселенной. Используя ультракороткие лазерные импульсы длительностью 100 фемтосекунд, или 100 квадриллионных долей секунды, авторы демонстрируют метод, называемый теневой фотографией с зондированием (pump probe shadowgraphy), который позволяет визуализировать раннюю плазму в процессе ее эволюции на металлических поверхностях. Создав симуляционную модель, исследователи смогли изучить динамику ранней плазмы, что позволило лучше понять механизмы ионизации вещества.
В рамках подкатегории материаловедения прикладной физики JoVE представляет опыт Университета Мичигана, где исследователи разрабатывают новые методы микрофабрикации. 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 показывает, что мастер-формы из углеродных нанотрубок с высокой точностью воспроизводятся как в форме микромасштаба, так и в текстуре наномасштаба в полимерных репликах, изготовленных по этим формам. Технология микрофабрикации позволяет выполнять лабораторные операции в малых масштабах, что, по сути, представляет собой перенос лаборатории на чип.
Переходя от прикладной физики к сердечной физиологии, JoVE посещает Университет Джорджа Вашингтона, чтобы запечатлеть модифицированную препарацию Лангендорфа. JoVE опубликовала несколько статей, демонстрирующих этот физиологический метод, который позволяет сердцу биться изолированно в течение нескольких часов. Данный подход предполагает ретроградную перфузию сердца через аорту, что закрывает аортальный клапан и направляет оксигенированный перфузат через коронарный кровоток для поддержания жизнеспособности сердечной ткани.
Наши авторы представляют модификацию данного метода подготовки, которая включает канюлирование ушка левого предсердия, нижней полой вены и легочной артерии. В таком состоянии все четыре камеры сердца канюлированы, что обеспечивает физиологическое нагрузочное давление в обоих желудочках и устраняет необходимость ретроградной перфузии сердца через аорту. Таким образом, перфузия сердца осуществляется в нормальном направлении, и сердце самостоятельно создает давление для коронарной перфузии.
После создания данной модели работающего бивентрикулярного сердца авторы переходят к настройке визуализации флуоресценции никотинамидадениндинуклеотида, или NADH. Этот кофермент, находящийся в митохондриях, флуоресцирует в восстановленном состоянии и служит индикатором локальной концентрации кислорода и, следовательно, метаболизма сердца. Исследователи демонстрируют измерения флуоресценции NADH при различных частотах стимуляции, иллюстрируя тем самым потенциал этой физиологически релевантной модели для изучения патологий сердца.
В нашем разделе «Биоинженерия» JoVE посещает Университет Пасифика, чтобы представить статью, посвященную производству синтетического паучьего шелка. Еще в 2010 году JoVE опубликовал статью из лаборатории Виерры, в которой были продемонстрированы методы микродиссекции для выделения 12 шелковых желез из черной вдовы. Выделение этих желез позволяет применять аналитические методы для идентификации специфических белков паучьего шелка. Поскольку пауки ядовиты и склонны к каннибализму, их разведение для крупномасштабного производства шелка нереалистично. Поэтому в лаборатории Виерры трансформируют бактерии плазмидами, содержащими белки шелка, и экспрессируют рекомбинантные белки паучьего шелка в бактериях.
В июле в JoVE группа Vierra знакомит нас с методом выделения и очистки белка паучьего шелка из этих бактерий. Затем они демонстрируют процесс прядения очищенного белка в волокна и показывают методы сбора этих волокон, а также способы оценки их прочности. Паучий шелк представляет огромный интерес для специалистов по биоматериалам благодаря своей биосовместимости и механическим свойствам, которые делают его прочнее стали на разрыв. Лаборатория Vierra продемонстрировала производство паучьего шелка в лабораторном масштабе, которое потенциально может быть расширено до промышленного процесса производства. В этом кратком обзоре представлены четыре из пятидесяти статей, которые JoVE опубликует в июле. Среди других заслуживающих внимания работ — демонстрация электропорации ex ovo эмбрионов цыплят на поздних стадиях, получение секретируемых белков из клеток человека и культивирование мозга плодовой мушки ex vivo.