abonnementen ibood.com bol.com Coolblue
pi_174839598
02-11-2017

Bacterie maakt groenere bouwstenen voor plastic

De productie van grondstoffen voor plastics kost veel energie en is bovendien erg vervuilend. De Wageningse promovendus Youri van Nuland heeft dit proces nu een stuk groener gemaakt met zijn aangepaste bacterie die in één stap moleculen omzet in bouwstenen voor plastic.

Om een plastic te maken heb je over het algemeen twee bouwstenen nodig die aan elkaar ‘klikken’. Door dit proces vaak te herhalen krijg je lange strengen kunststof. De bouwstenen van veel plastics zijn zogenoemde dizuren – moleculen met twee zuurgroepen aan de uiteinden – of diolen – moleculen met twee alcoholgroepen aan de uiteinden. Deze groepen reageren snel met elkaar of andere bouwstenen en dat maakt de klikreactie makkelijker. Ze hebben alleen één groot nadeel: het kost veel energie om ze te produceren en er komt bovendien veel CO2 bij vrij. Promovendus Youri van Nuland van Wageningen University & Research heeft daar iets op gevonden: een bacterie die de bouwstoffen in één stap kan maken.

Butane-3D-balls.png?1509633219
Butaan, een voorbeeld van een alkaan met vier koolstofatomen (zwarte bollen) en twaalf waterstofatomen (witte bollen)

 Wikimedia Commons, Ben Mills and Jynto via publiek domein

Aangepaste bacterie

Van Nuland wilde in zijn promotie in eerste instantie alkanen, moleculen bestaande uit een rechte streng koolstof en waterstof, omzetten in dizuren. Daarvoor gebruikte hij een aangepaste E. coli-bacterie waar hij het enzym alkaanhydroxylase aan toevoegde. “Dat enzym zet selectief een van de uiteinden van een alkaan om in zuurgroepen”, legt Van Nuland uit. “Wij hebben hem met behulp van andere enzymen zo ver gekregen om ook de andere kant om te zetten in een zuur.”

Het enzym zet echter niet in één keer zuurgroepen op de alkaan. Als eerste stap voegt het alcoholgroepen toe aan het alkaan, waardoor er een diol ontstaat, en zet die diol vervolgens weer om in een dizuur. “Ik vroeg me af of we de reactie ook bij de diol konden stoppen, zodat we niet het dizuur maar de diol in konden isoleren”, vertelt Van Nuland. Dit bleek mogelijk door nog een enzym toe te voegen: alcohol acetyltransferase. “Dit tweede enzym zorgt ervoor dat de alcoholgroepen reageren met acetyl-CoA, een molecuul dat al aanwezig is in de bacterie”, legt Van Nuland uit. “Hierdoor is de alcohol beschermd en kan de zuurgroep niet meer vormen.”


Efficiënt

De bescherming kun je uiteindelijk makkelijk verwijderen en dan heb je de diol in handen. Het hele proces is volgens Van Nuland erg efficiënt. “We hebben de reactie getest met alkanen van verschillende lengtes. Het ene startproduct geeft meer opbrengst dan de ander, maar we zien over het algemeen dat we maar een klein percentage bijproducten krijgen.” Of de reactie ook op grote schaal zo goed werkt, heeft de promovendus nog niet kunnen testen. “Mijn promotietraject liep ten einde, maar je kunt in principe gewoon meer bacteriën gebruiken, dus ik verwacht niet veel problemen.” Inmiddels heeft de universiteit een patent aangevraagd voor het proces, en Van Nuland verkent nu of diol- en dizuurfabrikanten geïnteresseerd zijn in de technologie.

Hoewel de productie een stuk minder vervuilt dan de klassieke methodes, kun je het proces niet direct biobased noemen. De grondstoffen komen namelijk nog steeds gewoon uit olie. “De alkanen die we gebruiken haal je nu nog uit olie. Maar met deze route gaan we veel efficiënter te werk en stoten we minder broeikasgas uit. Verder bestaan er al processen waarbij ze alcoholen uit biomassa produceren, die kunnen we ook omzetten naar diolen.”

E._coli_Bacteria_%2816578744517%29.jpg?1509028645
De Escherichia coli bacterie

 Wikimedia Commons, NIAID via CC BY 2.0

Afwachten

Van Nuland heeft nu zijn promotie achter de rug en werkt hij in Wageningen als postdoc. Hij zou het liefst verder gaan met dit project, maar op dit moment hebben ze nog geen industriële partner gevonden. Hij moet dus nog even afwachten. “Ik verwacht wel dat het opgepikt gaat worden”, zegt Van Nuland. “De bacterie is erg flexibel en kan veel verschillende producten maken. En uiteindelijk moeten we toch allemaal naar schonere processen.”

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden

(kennislink.nl)
Death Makes Angels of us all
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
  vrijdag 3 november 2017 @ 09:16:49 #102
45206 Pietverdriet
Ik wou dat ik een ijsbeer was.
pi_174839706
Denk dat een veel groter probleem de is dat plastics niet biologisch afbreekbaar zijn
In Baden-Badener Badeseen kann man Baden-Badener baden sehen.
pi_174954299
quote:
0s.gif Op vrijdag 3 november 2017 09:16 schreef Pietverdriet het volgende:
Denk dat een veel groter probleem de is dat plastics niet biologisch afbreekbaar zijn
Inderdaad
Death Makes Angels of us all
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
pi_174954317
08-11-2017

Wetenschappers planten miniversie van menselijk brein in bij muizen en ethici zijn in alle staten


763?appId=2dc96dd3f167e919913d808324cbfeb2&quality=0.8
 © ThinkStock

Wetenschap & Planeet Twee papers die deze week worden voorgesteld op een vermaard congres voor neurowetenschappers in de Verenigde Staten, onthullen dat ze organoïdes – zeg maar miniversies – van een menselijk brein hebben ingeplant bij muizen en ratten. Ethici zijn gealarmeerd, want die nieuwe ontwikkeling zou de dieren wel eens een verhoogd bewustzijn kunnen geven.

Het creëren van menselijk hersenweefsel uit stamcellen zelf is niet nieuw. Het gebeurde voor het eerst vier jaar geleden in een lab in Wenen. De meest geavanceerde zijn niet groter dan een linze en werden tot nu toe alleen gekweekt in testbuizen. Ze pulseren met dezelfde soort elektrische activiteit die echte hersenen aansturen en doen nieuwe neuronen ontstaan. Ze ontwikkelen ook de zes lagen van de menselijke hersenschors, die onder meer verantwoordelijk is voor ons denken, beoordelingsvermogen en onze spraak.

Zulke organoïdes zijn een revolutionaire stap in het onderzoek naar de ontwikkeling van het menselijke brein en ziektes zoals Alzheimer en Zika. Maar het brengt de wetenschap ook in onbekende ethische wateren. “Niet dat ik denk dat een organoïde in een proefbuis kan denken, maar we moeten wel bekijken wat de ethische impact van deze ontwikkeling is”, aldus neurowetenschapper Hongjun Song van de universiteit van Pennsylvania.

Dringend

Daarover nadenken is sinds deze week net iets dringender geworden. Want op het jaarlijkse congres van de Society for Neuroscience in het Amerikaanse Washington DC stellen twee teams van wetenschappers deze week een rapport voor waaruit blijkt dat ze zulke miniversies van het menselijke brein ingeplant hebben in de hersenen van muizen en ratten. En waarin het vooruitzicht wordt geopperd dat die minihersenen zich verder zouden kunnen ontwikkelen in de dieren.

Een lab bevestigt zelfs dat het de organoïdes verbond met de bloedsomloop van de knaagdieren, waardoor ze verder kunnen groeien. De enige manier om uiteindelijk volledig ontwikkelde hersenen te simuleren, waarmee aandoeningen als autisme, epilepsie en schizofrenie onderzocht kunnen worden, zo klinkt het. “We komen zo op compleet onbekend ethisch terrein”, zegt Christof Koch van het Allen Institute for Brain Science in Seattle. “De wetenschap gaat zo snel, dat de ethiek niet kan bijhouden.”

763?appId=2dc96dd3f167e919913d808324cbfeb2&quality=0.8
 © Reuters

Idem voor de wetgeving, want waar de National Institutes of Health een moratorium hebben op het verlenen van fondsen aan research die menselijke stamcellen in embryo’s van gewervelde dieren inbrengt, bestaat er nog geen wetgeving rond het inplanten van de pas ontwikkelde organoïdes.

In de nieuwe experimenten – waarover nog nooit werd gecommuniceerd – bleken de meeste transplantaties succesvol en eentje hield het zelfs twee maanden uit. Meer nog, ontwikkelde neuronen van het menselijke brein stuurden axons – die elektrische signalen van het ene neuron naar het andere overbrengen – naar verscheidene delen van het brein van het knaagdier. Over de grootte van de organoïdes en de effecten op het gedrag van de muis wilde Fred Gage van het Salk Institute, een van de meest vermaarde neurobiologen ter wereld, echter nog niets kwijt tot zijn paper gepubliceerd is.

Frankenstein

Voor alle duidelijkheid: zo een miniversie van het menselijk brein kan zelfs nog niet de grootte van de hersenen van een kind bereiken in een muis en dat beperkt bijna zeker hoe complex ze kan worden. Beide experimenten gebruikten ook volwassen ratten, van wie de hersenen niet meer groeien. Anders zou het kunnen zijn als ze al ingeplant worden in foetussen. “Het is moeilijk voor te stellen hoe dat menselijke cognitieve capaciteiten zoals het bewustzijn zou beïnvloeden bij de dieren”, aldus bio-ethicus Jonathan Kimmelman van de McGilluniversiteit van Montreal.

Het is hoe dan ook een interessante discussie volgens zijn collega Josephine Johnston van The Hastings Center. “We deden in het verleden experimenten op muizen omdat ze niet menselijk zijn. Maar als we hen kleine menselijke breinen geven. Wat betekent dat voor hun intelligentie? En hun bewustzijn?”

We deden in het verleden experimenten op muizen omdat ze niet menselijk zijn. Maar als we hen kleine menselijke breinen geven. Wat betekent dat voor hun intelligentie? En hun bewustzijn?

Bio-ethicus Josephine Johnston

En ook hun collega Hank Greely van de universiteit van Stanford maakt die bedenking. “Op zeker moment in de toekomst kan het zijn dat wat we gemaakt hebben zelfs een zeker respect verdient. Volgend jaar vieren we de 200ste verjaardag van ‘Frankenstein’ van Mary Shelly. Ik denk dat het verhaal een nieuwe relevantie heeft in het licht van de ontwikkelingen waarover we het hier hebben.”

(HLN)
Death Makes Angels of us all
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
pi_174954393
08-11-2017

3d-geprinte origami

x201745_NieuwsE2_3d-geprinte_origami_-TUD.jpg.pagespeed.ic.xFsyI2IWzK.jpg

Onderzoekers van de TUD zijn erin geslaagd om met een gewone 3d-printer en eenvoudig 3d-printmateriaal platte structuren te printen die zichzelf vervolgens in een driedimensionale vorm vouwen.

Tot nu toe was dit alleen mogelijk met speciale, veel duurdere printers en printmateriaal.

Hoewel het eenvoudig klinkt, komt er nog heel wat bij deze opvouwtechniek kijken. Zo moeten bepaalde delen zich in een vaste volgorde en volgens vooraf geplande stappen op­vouwen, wat het nodige programmeerwerk vooraf vergt.

De techniek maakt onder meer de productie van prothesen met een poreuze binnenzijde mogelijk, zodat zich hier stamcellen van de patiënt kunnen nestelen.

(technischweekblad.nl)
Death Makes Angels of us all
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
pi_175082196
14-11-2017

Nederlanders testen 'lichtzeil' gemaakt van grafeen

Gaat dit materiaal in de toekomst onze ruimtevaartuigen voortstuwen?

Stephen Hawking kwam anderhalf jaar geleden met een fantastisch plan op de proppen. Hij wilde op korte termijn een ruimtevaartuig naar de dichtstbijzijnde ster sturen. Die ster bevindt zich op een slordige 4,3 lichtjaar afstand. Dat is omgerekend zo’n 40 biljoen kilometer. Maar Hawking liet zich niet door die afstand uit het veld slaan. Hij acht het mogelijk om die afstand in twintig jaar tijd te overbruggen. Wat betekent dat zijn ruimtevaartuig moet reizen met een snelheid van 60.000 kilometer per seconde.

Een lichtzeil
Het lijkt onmogelijk. Maar dat is het – op papier – zeker niet. Men neme gewoon een ruimtevaartuig dat bijna niets weegt en hangt het aan een lichtzeil. Vervolgens stuw je dat lichtzeil – en dus ook het ruimtevaartuigje dat eraan hangt – voort met behulp van een krachtige laserstraal die je vanaf de aarde op het lichtzeil richt (zie kader). Hierdoor wordt het ruimtevaartuig flink versneld en verkrijgt het voldoende snelheid om binnen 20 jaar bij Alpha Centauri te arriveren.

Als licht door een oppervlak wordt gereflecteerd of geabsorbeerd, oefent het een kracht uit die het oppervlak wegduwt van de lichtbron. Door handig gebruik te maken van die stralingsdruk is het in theorie mogelijk om objecten in de ruimte op snelheid te brengen zonder dat daarvoor brandstof nodig is. Maar: de van stralingsdruk afkomstige stuwkracht is zwak. Het betekent dat het lichtzeil een behoorlijke oppervlakte moet hebben en heel licht moet zijn om een effectieve voortstuwing mogelijk te maken. Daarnaast moet het lichtzeil natuurlijk wel stevig zijn en niet zomaar knappen. Ook wat dat laatste betreft is grafeen aantrekkelijk: het is niet alleen licht, maar ook heel sterk.

Grafeen
Voor Hawkings voorstel werkelijkheid kan worden, is er echter nog wel wat werk aan de winkel. Zo moeten we eerst uit zien te vogelen waar we dat lichtzeil van kunnen maken. Aan de TU Delft hebben ze daar wel ideeën over. Een team van vier jonge onderzoekers stelt voor om grafeen te gebruiken. “Als je een lichtzeil wilt maken, is het heel belangrijk dat de materialen waarvan je het zeil maakt heel erg weinig wegen,” vertelt onderzoeker Vera Janssen. En grafeen voldoet aan die eis. Het is namelijk slechts één atoom dik.

Gewichteloosheid
Maar is het ook echt geschikt voor gebruik in de ruimte? Dat gaan de onderzoekers deze week uitzoeken. Ze testen het materiaal in een omgeving die de omstandigheden in de ruimte nabootst: de valtoren van ZARM in Bremen. Tijdens het experiment wordt een capsule met daarin grafeenmembranen omhoog en omlaag gekatapulteerd in een 146 meter hoge toren. Dat leidt tot 9,3 seconden gewichteloosheid. De onderzoekers laten tijdens het experiment laserlicht schijnen op de vrij zwevende grafeenmembranen om te kijken wat dat met de membranen doet.

Testzeil
Je kunt de membranen zien als een soort testzeilen. De onderzoekers verwachten dat de testzeilen door de stralingsdruk van het laserlicht ongeveer 2 millimeter verplaatst worden. Het experiment stelt de onderzoekers in staat om de stuwkracht die het laserlicht op de testzeilen uitoefent, te bepalen. En na te gaan of grafeen een geschikt materiaal is om lichtzeilen van te maken.

En wie weet brengt het werk van de onderzoekers ons een stapje dichter bij de droom van Hawking: een bezoek brengen aan de dichtstbijzijnde ster én dichtstbijzijnde aardachtige exoplaneet. Want wat Hawking nog niet wist toen hij zijn plannen in april vorig jaar uit de doeken deed, was dat die dichtstbijzijnde ster zo’n – potentieel leefbare – planeet herbergt.

(scientias.nl)
Death Makes Angels of us all
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
  woensdag 15 november 2017 @ 09:28:37 #107
45206 Pietverdriet
Ik wou dat ik een ijsbeer was.
pi_175082499
quote:
0s.gif Op woensdag 15 november 2017 09:07 schreef ExperimentalFrentalMental het volgende:
14-11-2017

Nederlanders testen 'lichtzeil' gemaakt van grafeen

Gaat dit materiaal in de toekomst onze ruimtevaartuigen voortstuwen?

Stephen Hawking kwam anderhalf jaar geleden met een fantastisch plan op de proppen. Hij wilde op korte termijn een ruimtevaartuig naar de dichtstbijzijnde ster sturen. Die ster bevindt zich op een slordige 4,3 lichtjaar afstand. Dat is omgerekend zo’n 40 biljoen kilometer. Maar Hawking liet zich niet door die afstand uit het veld slaan. Hij acht het mogelijk om die afstand in twintig jaar tijd te overbruggen. Wat betekent dat zijn ruimtevaartuig moet reizen met een snelheid van 60.000 kilometer per seconde.

Een lichtzeil
Het lijkt onmogelijk. Maar dat is het – op papier – zeker niet. Men neme gewoon een ruimtevaartuig dat bijna niets weegt en hangt het aan een lichtzeil. Vervolgens stuw je dat lichtzeil – en dus ook het ruimtevaartuigje dat eraan hangt – voort met behulp van een krachtige laserstraal die je vanaf de aarde op het lichtzeil richt (zie kader). Hierdoor wordt het ruimtevaartuig flink versneld en verkrijgt het voldoende snelheid om binnen 20 jaar bij Alpha Centauri te arriveren.

Als licht door een oppervlak wordt gereflecteerd of geabsorbeerd, oefent het een kracht uit die het oppervlak wegduwt van de lichtbron. Door handig gebruik te maken van die stralingsdruk is het in theorie mogelijk om objecten in de ruimte op snelheid te brengen zonder dat daarvoor brandstof nodig is. Maar: de van stralingsdruk afkomstige stuwkracht is zwak. Het betekent dat het lichtzeil een behoorlijke oppervlakte moet hebben en heel licht moet zijn om een effectieve voortstuwing mogelijk te maken. Daarnaast moet het lichtzeil natuurlijk wel stevig zijn en niet zomaar knappen. Ook wat dat laatste betreft is grafeen aantrekkelijk: het is niet alleen licht, maar ook heel sterk.

Grafeen
Voor Hawkings voorstel werkelijkheid kan worden, is er echter nog wel wat werk aan de winkel. Zo moeten we eerst uit zien te vogelen waar we dat lichtzeil van kunnen maken. Aan de TU Delft hebben ze daar wel ideeën over. Een team van vier jonge onderzoekers stelt voor om grafeen te gebruiken. “Als je een lichtzeil wilt maken, is het heel belangrijk dat de materialen waarvan je het zeil maakt heel erg weinig wegen,” vertelt onderzoeker Vera Janssen. En grafeen voldoet aan die eis. Het is namelijk slechts één atoom dik.

Gewichteloosheid
Maar is het ook echt geschikt voor gebruik in de ruimte? Dat gaan de onderzoekers deze week uitzoeken. Ze testen het materiaal in een omgeving die de omstandigheden in de ruimte nabootst: de valtoren van ZARM in Bremen. Tijdens het experiment wordt een capsule met daarin grafeenmembranen omhoog en omlaag gekatapulteerd in een 146 meter hoge toren. Dat leidt tot 9,3 seconden gewichteloosheid. De onderzoekers laten tijdens het experiment laserlicht schijnen op de vrij zwevende grafeenmembranen om te kijken wat dat met de membranen doet.

Testzeil
Je kunt de membranen zien als een soort testzeilen. De onderzoekers verwachten dat de testzeilen door de stralingsdruk van het laserlicht ongeveer 2 millimeter verplaatst worden. Het experiment stelt de onderzoekers in staat om de stuwkracht die het laserlicht op de testzeilen uitoefent, te bepalen. En na te gaan of grafeen een geschikt materiaal is om lichtzeilen van te maken.

En wie weet brengt het werk van de onderzoekers ons een stapje dichter bij de droom van Hawking: een bezoek brengen aan de dichtstbijzijnde ster én dichtstbijzijnde aardachtige exoplaneet. Want wat Hawking nog niet wist toen hij zijn plannen in april vorig jaar uit de doeken deed, was dat die dichtstbijzijnde ster zo’n – potentieel leefbare – planeet herbergt.

(scientias.nl)
Crookes Radiometer is een mooi experiment om te laten zien dat licht druk uitoefent, Vergis je niet, lichtdruk (een verwarrende term in het Nederlands) is de kracht die ervoor zorgt dat sterren (met nog genoeg energiereserves om het te produceren) niet in zich te samen vallen door hun zwaartekracht.
Radiometer_9965_Nevit.gif

[ Bericht 1% gewijzigd door Pietverdriet op 15-11-2017 09:36:43 ]
In Baden-Badener Badeseen kann man Baden-Badener baden sehen.
  woensdag 15 november 2017 @ 09:35:55 #108
38496 Perrin
Sapere aude
pi_175082593
quote:
0s.gif Op woensdag 15 november 2017 09:28 schreef Pietverdriet het volgende:

[..]

Crookes Radiometer is een mooi experiment om te laten zien dat licht druk uitoefent, Vergis je niet, lichtdruk (een verwarrende term in het Nederlands) is de kracht die ervoor zorgt dat sterren (met nog genoeg energiereserves om het te produceren) niet in zich te samen vallen door hun zwaartekracht.
Is dat niet vooral thermische druk door botsingen van atomen?
I didn't say it would be easy. I just said it would be the truth.
  woensdag 15 november 2017 @ 09:41:04 #109
45206 Pietverdriet
Ik wou dat ik een ijsbeer was.
pi_175082655
quote:
0s.gif Op woensdag 15 november 2017 09:35 schreef Perrin het volgende:

[..]

Is dat niet vooral thermische druk door botsingen van atomen?
Hoe meer massa (groter in massa) en heter de ster, hoe hoger en belangrijker de stralingsdruk . In de zon is de thermische druk belangrijker, maar de zon heeft ook niet zoveel massa dat deze dreigt in elkaar te storten tot een neutronenster.

quote:
Stellar interiors

In stellar interiors the temperatures are very high. Stellar models predict a temperature of 15 MK in the center of the Sun, and at the cores of supergiant stars the temperature may exceed 1 GK. As the radiation pressure scales as the fourth power of the temperature, it becomes important at these high temperatures. In the Sun, radiation pressure is still quite small when compared to the gas pressure. In the heaviest non-degenerate stars, radiation pressure is the dominant pressure component.[15]
https://en.wikipedia.org/(...)re#Stellar_interiors
In Baden-Badener Badeseen kann man Baden-Badener baden sehen.
  woensdag 15 november 2017 @ 09:42:59 #110
38496 Perrin
Sapere aude
pi_175082693
quote:
0s.gif Op woensdag 15 november 2017 09:41 schreef Pietverdriet het volgende:

[..]

Hoe meer massa (groter in massa) en heter de ster, hoe hoger en belangrijker de stralingsdruk . In de zon is de thermische druk belangrijker, maar de zon heeft ook niet zoveel massa dat deze dreigt in elkaar te storten tot een neutronenster.

[..]

https://en.wikipedia.org/(...)re#Stellar_interiors
Ahja bij de joekels wordt die lichtdruk gigantisch.
I didn't say it would be easy. I just said it would be the truth.
  woensdag 15 november 2017 @ 09:47:03 #111
45206 Pietverdriet
Ik wou dat ik een ijsbeer was.
pi_175082758
quote:
0s.gif Op woensdag 15 november 2017 09:42 schreef Perrin het volgende:

[..]

Ahja bij de joekels wordt die lichtdruk gigantisch.
hij neemt toe met de vierde macht van de temperatuurstijging.
Dat gaat dan snel als je aan de temperaturen zit waarbij Helium en andere zwaardere elementen fusie aangaan.
lichtdruk is trouwens de beste kandidaat voor de "donkere energie", de onbekende kracht die ervoor zorgt dat de expansiesnelheid van het universum toeneemt.
Jaren geleden toen ik hoorde dat de snelheid toenam kwam ik op het idee dat het lichtdruk zou kunnen zijn, ik dacht dat ik een geweldig idee had. Google leerde me dat ik daar zeker niet de eerste mee was.
:') |:(

[ Bericht 16% gewijzigd door Pietverdriet op 15-11-2017 09:55:54 ]
In Baden-Badener Badeseen kann man Baden-Badener baden sehen.
pi_175126884
16-11-2017

Primeur: DNA van mens voor het eerst 'in vivo' aangepast

Voor het eerst is het DNA in menselijke cellen in het lichaam van een patiënt aangepast.

Onderzoekers zijn al een tijdje in staat om het DNA van mensen aan te passen. Maar tot voor kort gebeurde dat nog altijd buiten het lichaam: er werden celen uit het lichaam gehaald, aangepast en weer teruggeplaatst. Een Amerikaans ziekenhuis heeft daar nu echter verandering in gebracht. In het UCSF Benioff Children’s Hospital in Oakland is het DNA van een patiënt nu namelijk voor het eerst in het lichaam aangepast.

Huidige behandeling

Op dit moment wordt het syndroom van Hunter behandeld door wekelijks een gezuiverde vorm van het enzym I2S middels een infuus toe te dienen. Maar dat is alleen een bestrijding van de symptomen. Genezing is op dit moment onmogelijk.

Syndroom van Hunter
De patiënt in kwestie – Brian Madeux – heeft het syndroom van Hunter. Het is het resultaat van een gendefect. Patiënten met deze ziekte hebben een tekort aan het enzym I2S dat nodig is voor het afbreken van complexe suikers. Hierdoor stapelen deze suikers zich op in cellen, wat onder meer kan leiden tot weefselvernietiging en disfunctie van het orgaansysteem. “Ik heb elke dag pijn,” vertelt Madeux. “Ik leef van dag tot dag en had eigenlijk niet verwacht dat ik ouder zou worden dan begin twintig.” Hij besloot aan het experiment deel te nemen om anderen te helpen. “Ik ben bereid het kleine risico dat het veranderen van mijn DNA met zich meebrengt, te accepteren als het mijn leven kan verlengen en wetenschappers kan helpen om behandelingen te vinden.”

Correctie
Artsen hebben bij Madeux het DNA in cellen in de lever aangepast. Via een infuus ontving Madeux stofjes die zijn DNA op specifieke plekken konden doorknippen en een nieuw stukje, corrigerend DNA dat vervolgens op de plek van de knip kon worden toegevoegd aan het DNA. De artsen hopen dat het corrigerende stukje DNA de lever in staat stelt om een levenslange, stabiele voorraad van het I2S-enzym te produceren. “Voor het eerst heeft een patiënt een therapie ondergaan die gericht is op het precies aanpassen van het DNA in cellen die in het lichaam zitten,” vertelt dokter Sandy Macrae.

Of de aanpak echt werkt, is nog onduidelijk. Belangrijkste onderzoeksvraag is op dit moment of de aanpak veilig is. Naast Madeux zullen nog tot zo’n acht mannen aan het experiment deelnemen. In een later stadium zal dan moeten blijken of de aanpassing in het DNA ook echt werkt.

(scientias.nl)
Death Makes Angels of us all
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
pi_175233697
21-11-2017

Ook Zweden begint aan de ontwikkeling van een eigen kwantumcomputer

201747_NieuwsB_Zweedse_kwantumcomputer_-Chalmers_University_of_Technology.jpg.

Chalmers University of Technology gaat leidinggeven aan het initiatief: het Wallenberg Centre for Quantum Technology.

Momenteel worden er zo’n vijftig onderzoekers gerekruteerd voor het initiatief, dat in januari officieel van start gaat en circa tien jaar zal duren. Het onderzoek zal zich met name richten op de ontwikkeling van supergeleidende schakelingen en moet leiden tot een kwantumcomputer met minimaal 100 qubits, het kwantumequivalent van de gewone bits. In totaal wordt er ruim ¤ 100 miljoen in het project geïnvesteerd.


(technischweekblad.nl)
Death Makes Angels of us all
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
pi_175568606
08-12-2017

Eindhovense onderzoekers toveren parkeergarage om tot 'longen van de stad'

Een wereldprimeur die de stadslucht enorm kan verbeteren.

Wetenschappers van de TU Eindhoven gaan – in nauwe samenwerking met de gemeente Eindhoven en enkele bedrijven – kijken of ze de stadslucht in Eindhoven kunnen verbeteren. Hiertoe zullen 30 luchtzuiveringsinstallaties worden geplaatst bij de ingang van een ondergrondse parkeergarage. Deze vangen in de parkeergarage fijnstof en roet af en blazen schone lucht de straat op. “Nooit eerder is in de openbare ruimte van een stad op deze manier geëxperimenteerd met het grootschalig reinigen van stadslucht,” vertelt onderzoeker Bert Blocken. Het is wat dat betreft een wereldprimeur.”

Het experiment vindt plaats in een parkeergarage aan het Stadhuisplein. Dat is een bewuste keuze. Het is een windluwe plek waar relatief veel luchtvervuiling ophoopt doordat het verkeer er langzaam rijdt.

Longen
In zekere zin vormt de parkeergarage in dit experiment de ‘longen van de stad’, zo legt Roel Gijsbers uit. Hij werkt bij ENs Urban, het bedrijf dat het concept ooit bedacht en de benodigde luchtzuiveringsinstallaties ontwikkelde. Die luchtzuiveringsinstallaties zorgen ervoor dat de kwaliteit van de lucht die de parkeergarage verlaat veel beter is dan die van de lucht die de parkeergarage in gaat. “Zo fungeren parkeergarages als ‘longen van de stad’ en leveren ze een positieve bijdrage aan de luchtkwaliteit van de stad.”

Fijnstof bestaat uit heel kleine deeltjes in de lucht – bijvoorbeeld roetdeeltjes – die je moeiteloos inademt en die vervolgens schade toe kunnen brengen aan onder meer het hart en de longen. Onderzoek suggereert dat deze vorm van luchtvervuiling de kans op een vroegtijdig overlijden vergroot.

Drie maanden
Het experiment in Eindhoven zal drie maanden duren. Gedurende die periode wordt de concentratie fijnstof met hoogwaardige meetapparatuur in een groot gebied rond de parkeergarage gemeten. Ook wordt de luchtbeweging in kaart gebracht door onder meer de windrichting en -snelheid te meten. Gehoopt wordt dat de luchtzuiveringsinstallaties leiden tot een betere luchtkwaliteit nabij de parkeergarage.

Gezondere lucht
Met het experiment wordt voortgeborduurd op onderzoek van Blocken en collega’s. Zij toonden eerder met behulp van computersimulaties en modellen aan dat de aanpak kan leiden tot een enorme verbetering van de stadslucht. En niet alleen in de directe omgeving van de parkeergarage. Of het in werkelijkheid ook zo werkt, zal de komende maanden moeten blijken. “Als de eerdere resultaten in de praktijk stand houden, biedt ‘Longen van de Stad’ een nieuwe en bewezen oplossing voor het grootschalig verwijderen van luchtverontreiniging in de stedelijke omgeving,” aldus Gijsbers. De luchtzuiveringsinstallaties zouden behalve in parkeergarages ook in tunnels, viaducten, trein- en busstations kunnen worden ingezet.

De Eindhovense wethouder Mary-Ann Schreurs ziet dat helemaal zitten. “Zodra het effect vast staat, is het zaak zo snel als mogelijk op te schalen in de binnenstad om die fijnstof- en roetvrij te maken.”

(scientias.nl)
Death Makes Angels of us all
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
pi_175664268
11-12-2017

Scherper zien door een gaatjesmasker

Slimme techniek reconstrueert achteraf 3D-beeld

3D-echo’s maken van het inwendige van het menselijk lichaam wordt een stuk simpeler met de zogeheten coded aperture techniek. Dan heb je in plaats van duizenden, maar een paar sensors nodig en past het apparaat in een endoscoop. Computerkracht en slimme algoritmes vervangen complexe lenzen en elektronica.

Screenshot_from_2017-12-09_14-44-14.png?1512805609

De Swift satelliet, die gammaflitsen aan de hemel opspoort, heeft een coded aperture telescoop aan boord. Dat moet ook wel, omdat lenzen voor gammastraling niet bestaan. Hitachi hoopt in 2018 met een optische camera op de markt te komen, die ook gebruikt maakt van coded aperture. Met zo’n camera hoef je pas achteraf te bepalen op welk deel van het beeld je scherp stelt. Het beeld wordt immers digitaal gereconstrueerd uit een groot aantal overlappende beelden met een onbeperkte scherptediepte.

Je kent wel de echo-beelden van ongeboren baby’s. Daarbij wordt een compacte bron van heel korte geluidspulsen tegen de buik gezet. Dit geluid dringt het lichaam binnen, weerkaatst gedeeltelijk en wordt weer opgevangen door een sensor (microfoontje) in hetzelfde apparaat. Het tijdsverschil tussen zenden en ontvangen vertelt je de afstand tot het weerkaatsende object, en omdat de geluidsbundel heel smal is, weet je ook vrij nauwkeurig de richting waaruit de echo komt. Zo kun je dus een beeld opbouwen. Het betreft overigens ultrageluid, met een veel hogere frequentie dan hoorbaar geluid (één of meer megahertz).

Maar echo-beelden worden ook gebruikt om elders in het lichaam te kijken. Zoals je aan een baby-echo al ziet, kan het best lastig zijn om zo’n inwendig beeld te interpreteren. Dit komt, omdat het eigenlijk een tweedimensionale doorsnede door een stuk van het lichaam is.

Te groot voor endoscoop

Met geluid kun je ook driedimensionale beelden maken, die beter te interpreteren zijn. Maar daar was tot nu toe een zender/ontvanger met duizenden sensors en complexe elektronica voor nodig. Extra nadeel was, dat zo’n apparaat te groot is om in een endoscoop in te bouwen, zodat je alleen van de buitenkant kunt kijken. Een endoscoop is een flexibele buis waarmee je via natuurlijke openingen, zoals de mond en anus, of via een kleine, chirurgisch aangebrachte snede, het lichaam van binnen kan bekijken. Om met ultrageluid kleine en subtiele details in levende weefsels te onderscheiden, moet je van zo kort mogelijke afstand waarnemen.

Onderzoekers van het Erasmus Medisch Centrum en van de TU Delft hebben nu een 3D-geluidscamera gemaakt met maar één sensor, die in principe klein genoeg is om in een endoscoop in te bouwen. In hun artikel in Science Advances noemen ze het ‘een compleet nieuwe manier van beeldvorming, waarin de complexiteit is verplaatst van hardware naar rekenkracht’.

ED.png?1512643562

Het resultaat van de eerste meting. De letters E en D zijn duidelijk te onderscheiden, op de juiste afstand.

 Pieter Kruizinga e.a., Science Advances

In het artikel wordt maar één testafbeelding getoond, van twee plastic letters, E en D, in een bakje water (in water, omdat dit qua geluidsvoortplanting veel meer lijkt op een menselijk lichaam dan lucht). Dat lijkt nog ver verwijderd van echt in een menselijk lichaam kijken. Pieter Kruizinga, eerste auteur en post-doc photo-acoustics bij het Erasmus MC: “De resultaten uit het artikel zijn inmiddels anderhalf jaar oud en we hebben sindsdien niet stilgezeten. Zo heeft een promotiestudente ditzelfde principe al toegepast op een sensor die vele malen kleiner is, en daar heeft ze al prachtige plaatjes mee gemaakt van ingewikkelde objecten en ook van echte weefsels.”

Het principe, coded aperture, is al langer bekend en wordt al toegepast in onder meer gamma- en röntgentelescopen. Om de innovatie van het team te begrijpen, kijken we even terug naar de allereerste camera, die in zekere zin nog steeds de allerbeste is, namelijk de speldengatcamera. Dit is een lichtdichte doos met aan de voorkant één speldengaatje, en tegen de achterkant een fotografische plaat (of tegenwoordig meestal een CCD-chip, zoals in een digitale camera).

Patroon van gaatjes

De speldengatcamera is altijd goed gefocusd, heeft een onbeperkte scherptediepte, geen beeldvervorming aan de randen en perfecte kleurweergave. Helaas vallen al deze voordelen weg tegen dit ene nadeel: de belichtingstijd is enorm. Immers, door het piepkleine gaatje valt maar een heel klein beetje licht naar binnen.

Bij de camera’s die iedereen kent, is het speldengat daarom vervangen door een veel groter gat met een stuk glas erin, het objectief (je mag ook ‘lens’ zeggen). De speciale vorm van het glas zorgt er zo goed mogelijk voor, dat alle lichtstralen die op het gat komen zodanig worden afgebogen, dat ze terechtkomen op hetzelfde punt van de achterwand als een lichtstraal die door het denkbeeldige speldengaatje in het middelpunt van de lens gaat.

Alle consumentencamera’s zijn dus afstammelingen van de speldengatcamera. Maar er is nog een wezenlijk andere manier om de belichtingstijd van een speldengatcamera te verminderen: prik meerdere speldengaatjes in de doos. Zoals de afbeelding hieronder laat zien, projecteert elk gaatje zijn eigen beeld op de achterkant, en die beelden overlappen. Niettemin, als het patroon van de gaatjes goed gekozen is (vandaar coded aperture, gecodeerde opening), en je hebt flink wat rekenkracht beschikbaar, dan kun je digitaal alle afzonderlijke beelden verschuiven tot ze weer keurig op elkaar liggen. Zo win je veel belichtingstijd terwijl je weinig aan beeldkwaliteit inboet.

Camera_obscuraBW.png?1512706111
In dit klassieke plaatje van een speldengatcamera is een extra speldengat getekend, om te laten zien dat er dan twee beelden van het kaarsje op de achterwand ontstaan. Met alleen het kaarsje zou het nog net goed gaan, maar twee volledige beelden op de achterwand zullen flink overlappen. Een coded aperture camera is te vergelijken met een speldengatcamera met honderden gaatjes, en honderden overlappende beelden. Een geschikt gaatjespatroon in combinatie met slimme algoritmes voor beeldverwerking maken het mogelijk om al die overlappende beelden in de computer weer netjes op elkaar te leggen, zodat één helder beeld ontstaat.

u = Hv + n

Hoe haalt de computer al die overlappende beelden uit elkaar? Het komt neer op het oplossen van v uit bovenstaande vergelijking, waarin v het 3D-beeld is, u de binnengekomen echo’s, en H een wiskundige representatie van het vertragingsmasker. Dit is een zogeheten lineair inversie probleem, waarvoor allerlei algoritmes beschikbaar zijn. De moeilijkheid zit ‘m in de omvang: u, v en n zijn rijen van duizenden getallen, en H is een matrix (een tabel) met miljoenen getallen. Pas de laatste jaren zijn computers snel genoeg, en geheugens groot genoeg, om zo’n probleem snel op te lossen.

Dit principe hebben Kruizinga en zijn collega’s nu vertaald naar 3D-beeldvorming met ultrageluid. De zender bestaat uit maar één onderdeel, een trilplaatje ongeveer zo groot als een dubbeltje dat hele korte pulsen ultrageluid met een frequentie van vijf megahertz afgeeft. Licht kun je makkelijk blokkeren, maar met geluid lukt dat niet. Daarom is de coded aperture hier geen masker met een patroon van gaatjes, maar een schijfje perspex met een groot aantal putjes van één millimeter breed, allemaal met een verschillende diepte. Elk putje zorgt ervoor, dat de puls op die plek met iets meer of minder vertraging door het schijfje gaat.

Het object dat je in beeld wilt brengen, wordt dus getroffen door een complexe, in de tijd uitgerekte pulsgeluid, en de echo zal ook heel ingewikkeld zijn. Die echo gaat in omgekeerde richting door het vertragingsmasker, en wordt door hetzelfde trilplaatje geregistreerd, dat dan als enige sensor fungeert. In conventionele 3D-beeldvorming met ultrageluid, is er een grid met duizenden zenders/sensoren die achtereenvolgens, punt voor punt, het beeld scannen. Met coded aperture gebeurt dat dus in één keer.

Het klinkt misschien vreemd, maar het putjespatroon moet juist zo rommelig mogelijk zijn, willekeurig dus, om een goede reconstructie van het 3D-beeld mogelijk te maken. Een regelmatig putjespatroon veroorzaakt te veel overeenkomsten tussen de echo’s van de afzonderlijke putjes, waardoor die achteraf niet goed meer te scheiden zijn.

Masker

Het vertragingsmasker, een schijf van perspex met een groot aantal putjes van één millimeter diameter. Het patroon is willekeurig; er moet namelijk juist zo min mogelijk regelmaat in zitten om naderhand het 3D-beeld te reconstrueren.

 Pieter Kruizinga e.a., Science Advances

Meer dan één sensor

Wel is er nog een extra truc: er worden met tussenpozen enige tientallen pulsen door het vertragingsmasker gestuurd. Tussen twee pulsen wordt het masker telkens iets gedraaid. Daardoor ontmoet elke puls net een ander putjespatroon, wat een andere echo oplevert, en die worden allemaal digitaal opgestapeld.

“In ons artikel beschrijven we vooral een _proof of concept”, zegt Kruizinga. “Het leek ons gaaf om te laten zien dat je al met één sensor een 3D-plaatje kan maken. Dat is het absolute minimum, maar dit heeft als nadeel dat de gevoeligheid wat achteruitgaat, omdat echo’s van verschillende plekken door dezelfde sensor worden gemeten. Daardoor krijg je bijvoorbeeld destructieve interferentie (uitdoving – red.) aan het sensoroppervlak. Ik denk daarom dat je voor een echt klinisch apparaat wel meer dan één sensor wilt gebruiken.”

Ook op andere manieren is nog veel aan gevoeligheid te winnen. “We hebben een plastic masker gemaakt van materiaal dat we nog hadden liggen. Het harde plastic reflecteert nu nog veel van de echo-energie terug het water in. Kortom, ik denk zeker dat deze techniek, of een variant hiervan, na verdere ontwikkeling in de medische diagnostiek gebruikt kan worden.”

roteren.png?1512643834
Het vertragingsmasker wordt gelijkmatig geroteerd terwijl er pulsen ultrageluid doorheen gaan. Op de voorgrond de letters E en D, het eerste testbeeld.

Anderhalf uur

De keerzijde van de coded aperture-techniek is, dat brute rekenkracht de complexe echo daarna moet opsplitsen in de afzonderlijke beelden en die op elkaar leggen. Daarvoor moet eerst de invloed van het vertragingsmasker bekend zijn op een geluidspuls die er doorheen gaat. Daarom wordt van tevoren de geluidspuls vlak na het masker met een microscopisch kleine sensor punt voor punt gescand (dit lijkt dus op de gebruikelijke manier om een geluidsbeeld te detecteren).

Dit duurt lang; anderhalf uur, maar deze calibratie hoeft maar één keer te gebeuren. Daarna beschik je over een wiskundige representatie van het masker (een matrix H, zie zijkader – red.), en hiermee kan een gewone computer in ongeveer een minuut uit een meting een 3D-plaatje maken. Kruizinga: “Een goede desktop computer lost zo’n stelsel relatief snel op. Je hebt echter heel wat geheugen nodig om met zo’n matrix te rekenen.”

Voor de toekomst ziet Kruizinga dit niet als een groot probleem. “Je kunt je voorstellen dat er ergens een grote computer staat die zo’n matrix in zijn geheugen heeft, en dat je dan je metingen vanaf je telefoon via een wifi-verbinding naar die computer stuurt en binnen een seconde het 3D-plaatje terugkrijgt. Dit is het systeem dat Google al jaren gebruikt om snel goede zoekresultaten te leveren.”

Bron

Compressive 3D ultrasound imaging using a single sensor , Science Advances 8 december 2017, Pieter Kruizinga e.a.

(kennislink)
Death Makes Angels of us all
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
pi_176406041
09-01-2018

Doorbraak: menselijke spieren groeien in labo uit huidcellen en wérken

763?appId=2dc96dd3f167e919913d808324cbfeb2&quality=0.8
 © Thinkstock - Het in een labo uit huidstamcellen gekweekte spierweefsel reageert op uitwendige stimuli zoals elektrische pulsen en chemische signalen.

Medisch Werkende menselijke spieren zijn in een labo ontwikkeld uit stamcellen uit de huid. Die doorbraak is beloftevol voor mensen die lijden aan degeneratieve spierziektes.

Het team wetenschappers van de Duke universiteit in de Amerikaanse staat North Carolina stelt de eersten te zijn die dit klaarspeelt met stamcellen uit huidweefsel dat werd “geherprogrammeerd” naar jeugdig en veelzijdig spierweefsel.

Het gaat om ‘geïnduceerde pluripotente stamcellen’ of iPSC’s. Net als natuurlijke stamcellen in embryo’s kunnen ze eender welk type menselijke cel worden. In dit geval werden de iPSC’s overgehaald om skeletspiercellen te worden, die uitgroeiden tot ‘functionerende menselijke skeletspieren’, meldde het team in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications.

Spieren reageren op elektrische en chemische signalen

“Het heeft ons jaren proberen en falen gekost, met kleine stapjes richting functionerend menselijk spierweefsel uit die pluripotente stamcellen”, stelt mede-auteur van de studie Lingjun Rao.

De doorbraak werd mogelijk gemaakt door “unieke celcultuuromstandigheden” in het labo en een 3D-steiger die de cellen toeliet “sneller en langer te groeien” dan bij andere teams gebeurde, stelt Rao.

Het spierweefsel reageert op uitwendige stimuli zoals elektrische pulsen en chemische signalen.

In muizen

Ze implanteerden de spiervezels ook in volwassen muizen, waar ze overleefden en gedurende minstens drie weken functioneerden, hoewel ze “niet zo sterk” waren als natuurlijk weefsel.

De vorsers hopen dat hun techniek zal leiden tot het kweken van “een eindeloze hoeveelheid” werkende spieren waarop medicijnen en genbehandelingen voor degeneratieve spierziektes kunnen getest worden.

(HLN)
Death Makes Angels of us all
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
abonnementen ibood.com bol.com Coolblue
Forum Opties
Forumhop:
Hop naar:
(afkorting, bv 'KLB')