Biofizika-literatura i diskusije

Član
Učlanjen(a)
12.12.2009
Poruka
37
Za početak, link za download jedne prilično dobre knjige iz biofizike na srpskom jeziku.

Kod:
[URL]http://www.dejanrakovicfund.org/knjige/2008-osnovi-biofizike.pdf[/URL]

Ova literatura bi trebalo da je dobar uvod u diskusije na ovu temu.

POZDRAV
 
Poslednja izmena od urednika:
Član
Učlanjen(a)
12.12.2009
Poruka
37
Nekoliko napomena:
1) Prva, Aristotelova fizika je proučavala i živi i neživi svet kao ravnopravne. Ser Isaac Newton ju je ''ubio'', redukujući je na proučavanje sveta ne uzimajući u obzir životne funkcije kao isto tako osnovne, odnosno, važne. Naravno, ovu fiziku moguće je primeniti i na proučavanje živih sistema, ali njoj nije neophodan pojam živog. Time je rođena druga nauka, biologija, u kojoj se živi sistemi isključivo proučavaju. Primena fizike na biološke sisteme dovelo je do stvaranja takođe nove nauke: biofizike. Postoje i njen drugi naziv - fizička biologija.
2) Kasnije, biofizici su pridružene hemijske, informatičke i generalno, matematičke metode.
3) Ipak, i dalje ostaju nerazjašnjene osnovne zagonetke o poreklu, nastanku i svrsi života.
4) Razvojem nano-nauka i tehnologija i informatike, počelo se postavljati pitanje o jedinstvenosti neživog (većinom su to prosti sistemi) i živog (složeni sistemi) i njihovog jedinstvenog opisa, odnosno, neke vrste povratka na Aristotelova shvatanja.

Dodato posle 10 minuta:
--------------------------------------------------------------------------

Odguglajte nano water.... Intrigantno je pitanje da li postoji živa voda? Zna se da ''živi'' molekuli (unutar živog organizma) nemaju iste fizičke i hemijske osobine kao oni koji to nisu.
 
Poslednja izmena:
Član
Učlanjen(a)
12.12.2009
Poruka
37
Postoji uvreženo mišljenje da su DNA, odnosno RNA sastavljene samo od A,T(U),G i C baza. To međutim, nije tačno. Preživljavanje, odnosno, ostanak ovih baza u strukturi DNA i RNA diktirala je, između ostalog, dobiološka ili nebiološka evolucija. Utvrđeno je da, u tom smislu, postoje RNA koji u sastavu imaju i druge baze, na primer, kao što su inozin ili ribotimidin. Informacioni živi sistemi dakle, takođe imaju svoju evoluciju. O internetu u tom smislu drugi put.
 
Član
Učlanjen(a)
12.12.2009
Poruka
37
Lamarkizam, darvinizam i malo dalje

Lamarkizam
Prva ozbiljnija i celovitija evoluciona teorija bila je data od strane Lamarka. On je francuski prirodnjak koji je živeo od 1744 - 1829.godine. Njegova teorija evolucije, u suštini teorija "aktivnog prilagodjavanja", podrazumeva sledeće principe:
1. Princip potrebe - Nema novih organizama bez nove potrebe. Lamarka je impresionirala savršena uskladjenost izmedju živih bica i sredine u kojoj žive. Recimo, na primer: polarna lisica... I, on je zaključio da nikako ne može biti da je Bog stvorio vrste koje su nepromenljive, jer bi za tili čas doslo do disharmonije izmedju promene u sredini, i organizama koji su fiksirani. A budući da on, kad udje u prirodu, konstatuje harmoniju, očigledno je da se živa bica menjaju, odnosno evoluiraju.
Znači, on je video savršenu prilagodjenost izmedju organizama i sredine, i odbacivao je ideju o božanskom stvaranju nepromenljivih vrsta, zato što bi vrlo brzo došlo do disharmonije izmedju organizma i sredine, usled promene sredine, a nepromenljivosti vrsta.
On konstatuje sredjenost u prirodi, harmoniju izmedju organizama i prirode, i onda zaključuje, budući da se sredina menjala, da su morali da se menjaju i organizmi.
Sa promenom sredine organizmi imaju novu potrebu da razvijaju nove organe. Ali, sredina nije direktni agens (to je vrlo važno, to se pripisivalo Lamarku; Darvin je "potreba" preveo sa "želja", kada je prevodio Lamarka sa francuskog), nego sredina na indirektan način učestvuje na promenu organizma, time što otvara mogućnosti za promene njihovih organa. Znaci, tako što se menja, sredina otvara mogućnost da organizmi odgovore na tu promenu. Sledeći princip jeste:
2. Princip navike ili primene - Nema novih adaptacija ili promena, bez promena u sredini. Znači, nema novih adaptacija bez novih potreba. A organizmi reaguju na nove potrebe upotrebom ili neupotrebom svojih organa. Recimo, ptice koje žive u močvarama moraju da razvijaju svoje plovne kožice da bi mogle da plivaju, a neke da bi mogle što dublje da love izdužuju svoje noge, izdužuju svoje vratove.
Razvoj pojedinog novog organa je direktno proporcionalan stepenu njegove upotrebe. Znaci, ako žirafa sve vise i vise izduzuje svoj vrat, njen vrat ce sve vise i vise biti duzi. Dolazi do odredjene modifikacije tkiva, promene tkiva, i
3. Stepen promene se beleži u nasledje i prenosi na narednu generaciju, tako da je razvoj pojedinog organa iz generacije u generaciju kumulativan, sabiran. To je princip nasledjivanja stečenih osobina. Lamark je smatrao da je nasledjivanje stečenih osobina jedan od osnovnih zakona biologije.

Darvinizam
Da bismo razumeli pojam darvinizma, moramo malo nešto i da kazemo o Čarlsu Darvinu. To je toliko značajna ličnost, čije je delo frapantno uticalo na kraj 19. i 20. vek, da svako ko pretenduje da bude iole intelektualac trebao bi barem malo da se pozabavi sa zivotnom istorijom samog Čarlsa Darvina.
Čarls Darvin je rodjen u bogatoj engleskoj porodici, koja je po tradiciji bila lekarska. Znači, i njegov deda i njegov otac bili su lekari. U svojoj mladosti Čarls Darvin se ni po čemu nije isticao, tako da se i sam njegov otac jadao na njegovo ponašanje i na njegov ucinak.
Darvin je, zahvaljujući odredjenim poznanstvima, bio primljen da ucestvuje u toj ekspediciji koja je trajala od 1831.-1836.
Darvin se na tom putu upoznao sa nekim činjenicama za koje nikako ne bi saznao da je sedeo kod svoje kuće u Engleskoj. Recimo, on je primetio da postoji kontinuirano variranje kod predstavnika odredjenih vrsta kako se putuje po ostrvima po Tihom okeanu. On je video da su vrste slične, ali da postoje razlike medju njima.
Zatim je primetio da postoji izuzetna sličnost, ali ipak razlika izmedju fosilnih i sada živećih krezubica (Edentata). Tako je Darvin počeo da sumnja u fiksizam, u apsolutnu nepromenljivost vrsta - koncept koji su zagovarali tadašnji kreacionisti.
Znači, u to vreme ste imali jedan ekstrem: "Vrste su onakve kakve ih je Bog stvorio, bez obzira sto se sredina menja." Dakle, bez obzira sto dolazi do promena u spoljnoj sredini, vrste ostaju konstantne, fiksirane, nepromenljive. "Kakve ih je Bog stvorio, takve ih mi danas vidimo."
Darvin je, dakle, počeo u to da sumnja. Kada je došao u Englesku, počeo je da se zanima za veštačku selekciju, pa se onda upoznao sa rezultatima koje su postigli selekcionari.
I još jedna je stvar kod njega značajna - upoznavanje sa delom Tomasa Maltusa "O principima populacije".
Na osnovu svih ovih činioca, Darvin je koncipirao svoju teoriju evolucije, gde je glavni mehanizam u nastanku evolutivnih novina "prirodna selekcija", i 1859. godine on je publikovao svoje delo "Poreklo vrsta" prirodnim odabiranjem.
Kako je Darvin došao do svog koncepta prirodne selekcije? Obično se kaže da je Darvin do principa prirodne selekcije došao na osnovu tri činjenice i dve dedukcije.
1. činjenica: Biološke vrste imaju potencijal za geometrijsko povećanje broja svojih jedinki. To se ogleda u činjenici da svaki roditeljski par daje mnoštvo potomaka. Brojnost potomaka, bar na početnim stupnjevima njihovog razvica, je uvek veća (a kod nekih vrsta enormno veća) od brojnosti roditeljske generacije.
2. činjenica jeste ta, da uprkos spomenutoj tendenciji, brojnost jedinki u prirodi ostaje relativno konstantan. To ne treba apsolutizovati. U prirodi postoje vrste čija brojnost raste, a i obratno. I tamo gde vrsta raste u brojnosti, taj rast je manji od potencijalnog. Kod nekih vrsta sigurno u ogromnoj stopi manje ima potomaka nego što je potencijal.
Iz ove dve činjenice Darvin je izvukao
1. dedukciju, a to je: da postoji borba za opstanak, zato što rast broja jedinki bilo koje vrste je eksponencijalan, a resursi sredine nemaju taj rast. Pa prema tome, za ograničene resurse sredine (hrana, prostor...) konkuriše mnogo veći broj jedinki nego sto sredina može da podrzi, pa prema tome, po prirodi stvari postoji borba za opstanak.
3. činjenica koja je njega uputila na zaključak da postoji prirodna selekcija, jeste postojanje individualne varijabilnosti u populacijama jedinki. I na osnovu treće činjenice u prve dedukcije, zaključio, dedukovao je da postoji prirodna selekcija.
Pošto u prirodi postoji kompeticija za ograničene resurse, odnosno, pošto postoji borba za opstanak, i pošto se jedinke iste vrste medjusobno razlikuju (individualna varijabilnost pripadnika iste vrste), neke varijante ce u toj opštoj i često oštroj konkurenciji imati prednost u preživljavanju i razmnožavanju.
Nema selekcije bez varijabilnosti. Mora postojati individualna varijabilnost da bi bilo selekcije, ili kako se to popularno kaze: "Individualna varijabilnost u populaciji jedinki iste vrste je 'hrana za selekciju'." Moraju postojati varijante da bi vi selektirali.
Na osnovu ove treće činjenice i prve dedukcije Darvin je, dakle, izveo svoj princip prirodne selekcije.
Po Darvinu prirodna selekcija je osnovni mehanizam evolucije, ali je on zagovarao i druge mehanizme, kao što je nasledjivanje stečenih promena, usmereni efekat sredine... Ali svi ovi mehanizmi stoje u senci njegovog otkrića prirodne selekcije. Mada se danas sve više i više pojavljuje autora koji ističu da je princip prirodne selekcije postojao i pre samoga Darvina.
I na taj način je, ustvari, Darvin uspeo da objasni problem ljudske patnje i bola. Zašto postoji bol? Zato što postoji nemilosrdna borba jedinki za opstanak. I u toj opštoj borbi svih protiv svih, slabiji stradaju, a prilagodjeniji opstaju i umnožavaju se. Prema tome, ni sama bol nije potpuno besmislena jer evolutivni procesi dovode do nečeg novog, naprednijeg. Napredak, evolutivni uspon života (od amebe do čoveka), je praćen neizmernim bolom i nebrojenim propadanjima, ali, na kraju krajeva, to ne bi trebalo da izgleda krajnje besmisleno.
Darvin se u velikoj meri mučio da objasni mehanizme kako nastaje indivudualna promenljivost. Danas se to za tili čas objasni genetikom. A genetika je počela da se razvija sa radovima Mendela. Mendel je svoj prvi rad objavio 1865. godine. Važno je zapaziti da se obično ističe, da je evoluciona teorija unapredila biologiju. Pod uticajem evolucione teorije koja se tada forsirala, Mendelov rad niko nije primetio. Razmatrana je samo evolucija, uporedna anatomija, uporedna embriologija, i gotovo niko nije primetio Mendelov rad.
I tek 1900. godine su trojica genetičara otkrila "Mendelove zakone", ono što je Mendel već otkrio. I tada je genetika počela da se razvija. Prvi korak je, dakle, učinio Mendel, a onda je polaganim koracima od 1900. godine počela da se razvija genetika. Posle 2. svetskog rata, dok se u Evropi ratovalo, američki genetičari su radili. Kad je 1953.godine otkrivena struktura DNK, onda je počela revolucija u genetici….. I nastavak na teoriju evolucije...
 
Poslednja izmena:
Član
Učlanjen(a)
12.12.2009
Poruka
37
Istorijat integrativne medicine

Treba pomenuti neke od
naučnika čija su istraživanja u raznim oblastima doprinela razvoju
integrativne biofizike, uz kratak opis tog doprinosa.
Hipokrat je bio prvi koji je isticao da vreme i klima igraju značajnu
ulogu u očuvanju zdravlja i nastanku bolesti čoveka, ali je tek u 20. veku
ova ideja ozbiljno testirana, kada su regularne meteorološke opservacije
pod standardnim uslovima, pouzdani epidemiološki zapisi, adekvatno
fiziološko razumevanje, i izum klimatskih komora za izlaganje ljudi
simuliranim vremenskim uslovima – postale dostupne. Od savremenih
naučnika iz oblasti biomedicine, koji su se bavili uticajima sredine na
čoveka pomenućemo nekoliko imena: Arenius (u jednom radu na temu
biometeorologije tvrdio da sat organizma obrazuje otvoren sistem i da u
konstantnim uslovima vremensko podešavanje perioda vrše spoljašnji
uslovi), Čiževski (osnivač heliobiologije, ispitivao efekte pozitivnih i
negativnih jona u vazduhu na život, ljudsko zdravlje i ponašanje), Bernar
(uveo pojam unutrašnjeg, odnosno zemaljskog i kosmičkog okruženja,
kao i ritmičkog reda), Helpah (isticao da prirodna sredina ima dva moda
uticaja na čoveka, jedni koji se direktno opažaju posredstvom čula, i
drugi koji su posredovani vegetativnim sistemom), Henderson (ispitivao
regulaciju kiselo-bazne ravnoteže u krvi, uveo ideju da fizičke i hemijske
osobine neorganske sredine, koje potiču od vode, ugljenohidratnih
jedinjenja i ugljenične kiseline, jesu ključne za razvoj organskog života),
Hantington (otkrio da klima utiče na fizičku snagu i zdravlje, u jednom od
tri fiziološka i patološka procesa koja je proučavao), Halberg (uveo
pojmove bioritmova: cirkadijalni (oko 24 h), ultradijalni (oko 1,5-2 h) i
infradijalni (nedelje ili meseci)), Flies (kreirao jednu od najpopularnijih
verzija bioritmologije, tvrdeći da svaki čovek ima muški i ženski ciklus
od 23 i 28 dana koji kontroliše fiziologiju svake ćelije i tokove telesne i
fiziološke vitalnosti), Edmunds (istakao sve karakteristike cirkadijalnog
ritma: sveprisutnost, periodičnost od oko 24 h, postojanost, mogućnost
pomeranja faza, temperaturnu kompenzaciju), Pikardi (ispitivao uticaj
mesečevih faza na hemijski test, i uticaj zemaljskih, solarnih i kosmičkih
fenomena na biološke reakcije poput stepena sedimentacije krvi), De
Ruder (razvio koncept sezonalosti bolesti, sada fundamentalno načelo
biometeoroloških koncepata), Petersen (otkrio da odgovor organizma na
sile iz okoline obuhvata ritmičke promene autonomnih nervnih procesa
vegetativnog sistema, povezane sa endokrinim i biohemijskim promenama),
Kanon (uveo koncept homeostaze kao mehanizma koji stabilizuje fiziološke
promene u određenom opsegu varijacija), Bauer (postavio tri fundamentalna
biološka postulata: svi živi sistemi su uvek u stabilnom neravnotežnom
stanju i zato imaju energiju da izvrše rad za održanje ovog neravnotežnog
stanja homeostaze; živi sistemi izvode unutrašnji rad, ali i spoljašnji rad
koji raste sa razvojem; neravnotežu u živim sistemima stvaraju skupine
molekula u čijim konformacijama se čuva metabolička energija koja se
koristi za njihovo formiranje), Seli (izvršio seriju eksperimenata za ispitivanje
nespecifičnih, sistemskih odgovora organizma na stres, poput fizičkog
naprezanja, izloženosti radijaciji, hladnoći i toploti, traumatskim povredama,
gubitku krvi, bolesti, infekciji, opasnosti, strahu; u svojoj teoriji ’Opšteg
adaptivnog sindroma’, identifikovao tri karakteristična stadijuma stresa:
faza alarma, faza otpornosti, faza iscrpljenosti).
Od fizičara koji su se bavili kvantnim osnovama integrativne biofizike,
pomenućemo takođe nekoliko imena: Gurvič (poznat po otkriću bio-
fotonske emisije, predložio da skupine molekula u živim ćelijama i
tkivima postoje u stanju neravnoteže, koje je posledica akcije bioloških
polja; imenovao ‘molekularne grupe’ kao ‘stanja međusobnog poravnanja
i orijentacije’ molekula, što ga čini prvim ko je postulirao ono što se
naziva ‘kolektivna stanja’ ili ‘fenomen kooperativnosti’), Bor (dao filozofski
doprinos razvoju molekularne biologije (u smislu kvantne biologije) u
svom radu ‘O svetlosti i životu‘, kada je postulirao da je potrebna nova
fizika za objašnjenje teorije života, i da život nije svodljiv na atomsku fiziku),
Paskal (podržavao Borovu ideju, i u svojoj ‘pojačavačkoj teoriji
života’ tvrdio da živi sistemi mogu imati sposobnost da pojačaju slabe
signale, čak i pojedinačne fotone, na takav način da mogu pokrenuti
makroskopske događaje), Šredinger (u svojoj značajnoj knjizi ‘Šta je
život?‘, diskutovao o termodinamici živih sistema, prirodi nasleđivanja i
strukturi gena kao ‘aperiodočnog kristala’, istakao da organizmi ostaju
uređeni nadoknađivanjem ‘negativne entropije’ iz okoline), Prigožin
(uveo neravnotežnu termodinamiku za objašnjenje životnih procesa,
pojam ‘disipativnih struktura’ kao nove klase reda ‘daleko od termalne
ravnoteže’, koji potiče od iznenadnog kolektivnog ponašanja velikog
broja čestica, trigerovanog malim fluktuacijama koje u termalnoj ravnoteži
nemaju takav efekat), Sinc (predložio ‘oscilatorni model organizma’ u
okviru modela polja, prema kome je živi organizam sa njegovim
bezbrojnim ritmičkim procesima visoko kompleksan rezonantni sistem
oscilujućih polja nelinearno uparenih svojim faznim odnosima), Frelih
(istakao da niskotemperaturni fenomeni u superfluidima pokazuju makro-
skopsku kvantizaciju mnogo suptilnije prirode, i da na osnovu ovih
zapažanja treba pretpostaviti u i biološkim sistemima postojanje ‘nove
vrste reda baziranog na konceptu međufaznih odnosa’, sa organizovanim
kolektivnim ponašanjem), Ajnštajn-Podoljski-Rozen (predložili teorijski
danas poznate EPR-korelacije koje predstavljaju matematički precizno
definisane holističke (nelokalne) karakterisitike kvantne mehanike, koje
su potom i eksperimentalno potvrđene), Primas (postulirao da saglasno
EPR-korelacijama i principu komplementarnosti, kvantna mehanika pruža
prvu konzistentnu holističku teoriju, u kojoj nikada nije moguće opisati
celinu opisom njenih delova i korelacija među njima; prema njemu, pored
sveta objekata i polja, postoji još nekoliko fundamentalnih nivoa realnosti
poput Šredingerove talasne funkcije kvantne teorije koja opisuje skriveni
domen mogućnosti, neopservabilnog, nemanifestnog, nad-fizičkog sveta
nelokalnih korelacija i trenutnih veza, pre nego vidljivih
fenomena – i samo u aktu merenja ove beskonačne mogućnosti, opisane
Šredingerovom jednačinom kao superpozicija svih mogućih kvantnih
stanja, kolapsiraju u jednu jedinu stvarnost; povezan sa konceptom
‘verovatnoće’ jeste koncept ‘spletenosti’ koji opisuje
karakteristike međusobnih veza kvantnog sistema i njegovog kvantnog
okruženja, tako da su u odsustvu bilo kakve interakcije, poput merenja, ova
dva kvantna podsistema u spletenom stanju u kojem se ni za kvantni sistem ni
za njegovo kvantno okruženje ne može reći da su u ‘čistom
stanju’ (ne može se jedan kvantni podsistem potpuno opisati bez pozivanja
na drugi), tako da se ovi spleteni domeni mogu smatrati fundamentalnim
dimenzijama realnosti, domenima dinamičke povezanosti, koji je ne samo
baza fizičkog sveta i materije, već je, izgleda, povezan sa svešću, koju
neki vide kao fundamentalno polje koje je osnova te realnosti).
 
Član
Učlanjen(a)
12.12.2009
Poruka
37
Malo o moždanim talasima. Tokom čitavog života, u mozgu se javljaju promene električnog i magnetnog potencijala. Električne promene mogu se registrovati pomoću elektroencefalografa,
koji daje grafički zapis ovih promena – elektroencefalogram (EEG). Radi se o zaparavo o strujnim (naponskim) oscilacijama sa izvorima na određenim mestima na ljudskom mozgu. Ove oscilacije prostiru se kroz mozak, i tada se one shvataju kao talasi. Magnetne promene
mogu se registrovati pomoću magnetoencefalografa, koji daje njihov grafički zapis
– magnetoencefalogram (MEG).

Iako je od otkrića moždanih talasa (Berger, 1924) prošao skoro ceo vek, pitanje
porekla EEG signala još uvek je otvoreno.
EEG sigurno ne potiče od akcionih potencijala pojedinačnih neurona, jer su
njihove vremenske konstante ~ 1 ms suviše kratke da bi se mogle povezati sa
sporom EEG aktivnošću; niti postsinaptički potencijali, sa karakterističnim
vremenskim konstantama ~ 50 ms, ne bi mogli da objasne vrlo spore talase
(frekvencije ~ 0,5–3,5 Hz), koji se pojavljuju u nekim fazama spavanja! Slika
EEG kao superpozicije lokalizovanih neuronskih aktivnosti – očigledno se ne
poklapa sa eksperimentalnim EEG-spektrima kod ljudi
Nije zadovoljavajući čak ni model lokalnih neuronskih kolumnarnih struktura,
jer tih struktura ima ~ 105-106, pa bi i slaba interakcija između pojedinih oscilatora
dovela do širenja jedne frekventne linije u praktično kontinualnu frekventnu zonu –
što se ne poklapa sa eksperimentalnim EEG-om, koji ima nekoliko karakterističnih
frekvencija talasa δ, θ, α, β, γ, μ.
Osnovne osobine α su: frekvencija 8 – 13Hz, povezani su sa relaksacijom, zatvaranjem očiju, gubitkom kontrole zabrana; Osnovne osobine β su: frekvencija 13 – 30 Hz, karakteristični su za veću aktivnost ili uznemireno razmišljanje, odnosno, aktivnu koncentraciju; Osnovne osobine γ su: frekvencija 30 – 100+Hz, karakteristični su percepciju sa kombinovanjem dva ili više različitih čula, kratkotrajnu memoriju; Osnovne osobine θ su: frekvencija manje od 4 Hz, karakteristični su, kod odraslih za mirno spavanje, normalno stanje beba, to su talasi pažnje kod nekih kontinuiranih poslova; Osnovne osobine θ su: frekvencija 8 – 13 Hz, karakteristični su održavanje stanja motornih neuorona.
Otuda je, verovatno, najprihvatljiviji globalni model moždanih talasa, čije
frekvencije delimično zavise i od veličine i oblika površine korteksa! Ovo bi bile
globalne frekvencije (fn), koje bi karakterisale normalne modove moždanih talasa,
zbog čega bi morala postojati i disperziona zavisnost talasnog broja (kn) i
svojstvenih frekvencija (fn). Globalni model moždanih talasa razvijali su Nunez i
Kacnelson (1981), uzimajući u obzir realnu anatomsku i fiziološku strukturu
mozga. Teorija ovog modela je prilično komplikovana.
 
Član
Učlanjen(a)
12.12.2009
Poruka
37
Neuroinženjering

Posto je neuroinženjering relativno novo polje, informacije i istraživanja u vezi sa njim su relativno ograničena, iako se ovo polje u nauci vrlo brzo menja. Prvi časopisi posvećeni neuroinženjeringu su se pojavili 2004. godine (The Journal of Neural Enginnering i The Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation ). Međunarodne konferencije o neuroinženjeringu se odrzavaju od strane * IEEE od 2003. godine. Da bi se još više istakla ova nova disciplina, posebna tema u vezi sa istrazivanjima u oblasti neuroinženjeringa biće posvećena na 5. međunarodnoj konferenciji IEEE EMBS od 27. aprila do 1. maja 2011. u Kankunu u Meksiku. Njen glavni cilj biće da se ukaže na nedavni napredak u ćelijskim mehanizmima kognitivne funkcije i kompijuterskim neuronaukana, otkriću i dizajnu terapije za prevenciju i lečenje neurodegenerativnih bolesti.
Redovno i zapaženo prisustvo ovog novog polja na raznim konferencijama širom sveta i porast broja objavljenih radova u ovoj oblasti potvrđuje njegov razvoj i ekspanziju. Pošto se obim istrazivanja neuroinzenjeringa jako razvio, bilo je potrebno jasno redefinisati njegov pojam. Uredništvo casopisa za neuroinženjerstvo (Journal of Neuroengineering) definisalo je ovo polje na sledeci nacin: “Neuroinženjerstvo je interdisciplinarno područje istraživanja koje povezuje neuronauke i inženjerske metode za analizu neurološke funkcije, i osmisljava rešenja problema povezanih s ograničenjem i gubitkom nervne funkcije”. Glavni cilj ovog polja je da reši probleme u neuronaukama i obezbedi rešenja za rehabilitaciju nervnog sistema. Naglasak na inženjeringu i primena kvantitativne metodologije za ispitivanje nervnog sistema, razlikuje neuroinženjering od drugih oblasti u neuronaukama, kao što je neurofiziologija. Integracija između neuronauka i inženjeringa odvaja neuroinženjering od drugih inženjerskih disciplina kao što su veštačke neuronske mreže (artificial neuronal networks). Iako mnoge od njegovih tehnologija su jos u infantilnoj fazi, daleko od kliničke primene, kliničke primene su predvidive u budućnosti. Neke stručne oblasti obuhvataju gerontologiju, rehabilitacijsku medicinu, psihijatriju, neurologiju itd. Njegova celokupna oblast obuhvata eksperimentalne, računarske, teorijske, kliničke i primenjene aspekte područja istraživanja na molekularnom, ćelijskom i sistematskom nivou. Iako postoji preklapanje između različitih tema (kao neuromodulacija i neuroprostetika), sve ove oblasti su etablirane i i imaju prepoznatljiv identitet.


Interfejsi koji mogu tumačiti aktivnost mozga i koristiti je za kontrolu mehaničkih i računarskih komponenti imaju ogroman potencijal za primenu u raznim oblastima. Svi Neuronski interfejs sistemi (NIS) očitavaju aktivnost neurona koju potom koriste za snabdevanje signalnih komandi pri upravljanju računara, mašina i raznih proteza. Zabeležene aktivnosti neurona mogu biti prikupljene putem neinvazivnih ili invazivnih metoda.
U toku su ambiciozni programi za kontrolu sistema sa veštačkim udovima. Inženjeri su isplanirali računarske implantate sposobne za primanje signala od strane par hiljada nervnih ćelija, koje bi potom bežično prenosili te informacije do interfejs uređaja kako bi dekodirali namere mozga. Interfejs uređaj bi zatim mogao poslati signale do veštačkog uda ili čak direktno na nerve i mišiće, dajući uputstva za realizaciju željenog pokreta.
Druga ispitivanja su pokazala, sa određenim uspehom, implantate koji su mogli doslovno čitati misli imobilisanih bolesnika i signal sa spoljašnjeg računara, dajući ljudima tako mogućnost govora ili čak komunikacije sa spoljašnjim svetom.
Neuronske proteze se već koriste u obliku veštačkog umetnutog uva (oblika puza) prilikom lečenja gubitka sluha i za stimuliranje elektrode za lečenje Parkinsonove bolesti. Napredak je takođe učinjen u razvoju veštačke retine (mrežnjače oka), korišćenjem čipova osetljivih na svetlo koji bi mogli pomoći povratku vida.
Invazivne metode, poput multielektrodnih polja (multielectrode arrays: MEA) su vodeći uređaji za merenje aktivnosti neurona, pošto trenutno imaju najveću rezoluciju. Snimljeni podaci dobijeni putem različitih neinvazivnih i invazivnih tehnika koriste se za ponovno uspostavljanje neuralne funkcije oštećenog mozga prilikom upotrebe neuroproteza. Napredak u biokompatabilnim tehnologijama povećao je životni vek NIS zasnovanih na MEA (MEA based NIS) do nekoliko godina, za razliku od perioda od nekoliko meseci, nedelja ili dana od svojih prethodnika. Biokompatibilnost interakcija između površine molekula implantata i nervnih ćelija je od posebnog interesa. Sudbina implantata često je određena efikasnošću integracije s površinom okolnog nervnog tkiva.Ovaj ključni element je glavna prepreka u neuroinzenjeringu.
 
Član
Učlanjen(a)
12.12.2009
Poruka
37
Једно отворено питање у биофизици

Питање транспорта био-енергије је један од основних проблема у науци о животу и у вези је са многим биолошким процесима. Зато разумевање механизма овог транспорта има велики значај. На основу различитих карактеристика структуре α-спиралних протеинских молекула разматране су различите теорије транспорта био-енергије дуж разних молекулских ланаца, када се на почетку процеса енергија ослобађа хидролизом аденозин трифосфата (АТП). Још пре 30 година, Давидов је предложио механизам преноса енергије у α-спиралним протеинима (тзв. Давидовљев модел, који је математички и физички врло елегантан). У оквиру свог приступа Давидов је сматрао да се енергија настала хидролизом АТП шири у облику вибрационих солитона (солитони су математичке функције, попут синуса или косинуса, које описују стабилан робустан талас - први познати макроскопски пример солитона је цунами, такође, солитонска решења реално постоје у ласерској оптици; један од примера примене овог концепта у њој су оптичка влакна и одговарајући солитони), који су везани за стања молекуларних вибрационих екситација и деформација, те да се ове екситације, описане квантним таласним функцијама, простиру дуж молекуларних ланаца (преко водоничних веза пептидних група). Као веома привлачна, ова идеја је постала предмет многих истраживачких радовa који имају за циљ да разјасне њену релевантност за биологију. Идеја солитонског транспорта у биолошким макромолекулима има своје утемељење и у објашњењењу електричних проводних особина неких полимера ( PAC, PANI, PPY,... ). Поред наведене мотивације, једно од основних питања које се уопште притом поставља је који је механизам мале енергетске дисипације приликом преноса енергије у живим системима. Евентуално одговарајуће објашњење овог феномена може подразумевати примене солитонског модела за објашњење преношења енергије са занемарљивом дисипацијом (једна алтернатива супепроводности, овог пута без носача преноса енергије-електрона или сличног; треба напоменути да постоје одређени модели у претходној области - суперпродљивости, који описују двосолитонске системе а који су генерализација електронског Куперовог пара; они су састављени, грубо речено, од два електронска солитона; двосолитонским моделима се могу објаснити неки типови високотемературске суперпроводности) или информација са малим губицима, на даљину (евентуални биолошки инпирисани системи). Ломдал и Кер у свом основном раду, а касније Ванг и др. испитивали су стабилност Давидовљевих солитона у присуству термалних флуктуација и дошло се до сазнања да су они у суштини нестабилни и стога тешко могу бити добри кандидати за опис трансфера енергије у биомолекуларним системима. Добијени резултати у оквиру нумеричких симулација су започели серију радова у којима аутори побољшавају Давидовљев модел, али под условом да се носиоци - вибрациони солитони енергије добијају хидролизом АТП. Основни мотив ових истраживања је да се објасни стабилност вибрационих солитона, јер, као што је наглашено, наведени транспорт можда није солитонског типа. Кратак преглед ове области је садржан у раду Панга (Pang Xiao-feng., The theory of bio-energy transport in the protein molecules and its properties. Phys Life Rev 2011), где аутор такође сумира своје истраживачке резултате. Он при томе оцењује време трајања појединачних екситација осцилација пептидне везе у протеинским ланцима и констатује да је оно реда неколико пикосекунди, што је мала вредност. Тако изводи закључак о потреби да се побољша Давидовљев модел. Он га побољшава помоћу две суштинске измене: у хамилтонијану (укупној енергији) система и у пробној таласној функцији проблема (боља нумеричка апроксимација). [FONT=&amp]За процену теоријских резултата, такође је важно да [/FONT][FONT=&amp]се они [/FONT][FONT=&amp]упоред[/FONT][FONT=&amp]е[/FONT][FONT=&amp] са експериментима. Током последњих десет година[/FONT][FONT=&amp]било је неколико покушаја да се експериментално тестира релевантност [/FONT][FONT=&amp]солитонског[/FONT][FONT=&amp]м[/FONT][FONT=&amp]еханизма[/FONT][FONT=&amp]пренос[/FONT][FONT=&amp]а[/FONT][FONT=&amp] енергије[/FONT][FONT=&amp] у [/FONT][FONT=&amp]биоло[/FONT][FONT=&amp]шким [/FONT][FONT=&amp]систем[/FONT][FONT=&amp]има[/FONT][FONT=&amp]. Експерименти [/FONT][FONT=&amp]су [/FONT][FONT=&amp]спроводе[/FONT][FONT=&amp]ни[/FONT][FONT=&amp]за миоглобин [/FONT][FONT=&amp](Fann W., et al. Dynamical test of Davydov-type solitons in acetanilide using a picosecond free-electron laser. Phys Rev Lett;[/FONT] [FONT=&amp]Austin RH, et al. Tilting after Dutch windmills: probably no long-lived Davydov solitons in proteins. J Biol Phys 2009)[/FONT][FONT=&amp]и α-[/FONT][FONT=&amp]хеликсне[/FONT][FONT=&amp]полипептид[/FONT][FONT=&amp]е (Hamm P., Femtosecond IR pump-probe spectroscopy of nonlinear energy localization in protein models and model proteins. J Biol Phys2009)[/FONT][FONT=&amp]у оквиру[/FONT][FONT=&amp]пи[/FONT][FONT=&amp]к[/FONT][FONT=&amp]осе[/FONT][FONT=&amp]кундне или [/FONT][FONT=&amp]фемтосекунд[/FONT][FONT=&amp]не[/FONT][FONT=&amp]инфрацрвене[/FONT][FONT=&amp]ласерске спектроскопије засноване [/FONT][FONT=&amp]на [/FONT][FONT=&amp]кретању [/FONT][FONT=&amp]слободн[/FONT][FONT=&amp]их[/FONT][FONT=&amp]електрон[/FONT][FONT=&amp]а. Резултати ових истраживања[/FONT][FONT=&amp]​​указују на [/FONT][FONT=&amp]околност[/FONT][FONT=&amp] да дуго[/FONT][FONT=&amp]живећ[/FONT][FONT=&amp]а[/FONT][FONT=&amp]солитонска стања[/FONT][FONT=&amp]не постој[/FONT][FONT=&amp]е[/FONT][FONT=&amp]на[/FONT][FONT=&amp]наведеним [/FONT][FONT=&amp]објектима[/FONT][FONT=&amp]на собној температури.[/FONT][FONT=&amp]Основни експериментални резултати су, прецизније речено, да су карактеристична времена живота побуђења у тим системима реда величине једне пикосекунде, те је питање [/FONT]транспорта био-енергије дуж макромолекула и даље отворено[FONT=&amp]. [/FONT]
 
Član
Učlanjen(a)
12.12.2009
Poruka
37
Farmaceutski sistemi zasnovani na nanotehnologiji

Nanotehnologija u farmaciji pruža dve osnovne vrste nanotehnoloških alata: nanomaterijale i nanouređaje, koji igraju ključnu ulogu u oblasti farmaceutske nanotehnologije i srodnih oblasti. Nanomaterijali kao biomaterijali se koriste, na primer, u ortopedskim ili dentalnim implantatima ili kao osnova za inženjerski projektovana tkiva. Njihove modifikacije površine ili premaza mogu uveliko poboljšati biokompatibilnost favorizovanjem interakcija živih ćelija sa biomaterijalima. Ovi materijali se mogu podeliti na nanokristalne i nanostrukturne materijale.

Nanokristalni materijali su već u upotrebi i lako zamenjuju rasute materijale. Rasuti nanomaterijali se mogu koristiti za enkapsulaciju lekova, kao zamene za kosti, proteze (veštačke mehaničke uređaje koji zamenjuju delove tela izgubljene u povredama ili kao urođene nedostatke, npr. proteze, ortopedska pomagala i veštački udovi, facijalne proteze itd), kao i u proizvodnji implantata.

Nanostrukturni materijali su obrađeni oblici sirovog nanomaterijala koji obezbeđuju posebne oblike ili funkcionalnosti, na primer kvantne tačke, dendrimeri, fulereni i ugljenične nanotube. Nanouređaji su minijaturni uređaji od kojih neki uključuju nano i mikro-elektromehaničke sisteme (NEMS/MEMS), mikrofluidi (kontrola i manipulacija na mikro ili nanometarskih zapremina tečnosti), i mikronizova (različite vrste bioloških ispitivanja, na primer DNK, proteina, ćelija, a antitela). Primeri uključuju biosenzore i detektore za otkrivanje tragova i količina bakterija, vazdušnih patogena, bioloških opasnosti, i neke inteligentne mašine kao što su aparati za respiraciju.
 
Poslednja izmena:
Natrag
Top