Le 10 principali scoperte scientifiche del 2013

Ogni anno, i direttori di Scienza rannicchiarsi e scegliere un risultato scientifico eccezionale come il Breakthrough of the Year . Il vincitore di quest'anno è l'IMMUNOTERAPIA DEL CANCRO: sfruttare il sistema immunitario per combattere i tumori. Gli scienziati hanno pensato per decenni che un tale approccio alla terapia del cancro dovrebbe essere possibile, ma è stato incredibilmente difficile farlo funzionare. Ora, molti oncologi dicono che abbiamo girato un angolo, perché due diverse tecniche stanno aiutando un sottogruppo di pazienti. Uno riguarda gli anticorpi che rilasciano un freno sulle cellule T, dando loro il potere di affrontare i tumori. Un altro comporta la modifica genetica delle cellule T di un individuo al di fuori del corpo in modo che siano maggiormente in grado di colpire il cancro, e quindi reinfondergli in modo che possano fare proprio questo.

Siamo ancora all'inizio di questa storia e abbiamo una lunga strada da percorrere. Solo una piccolissima percentuale di pazienti oncologici ha ricevuto queste terapie e molte di loro non sono aiutate da esse. Medici e scienziati hanno ancora molto da imparare sul perché i trattamenti funzionano e non funzionano. Ma i risultati sono stati ripetuti in diversi centri e in diversi tipi di tumore, dando ai medici la speranza che l'immunoterapia per il cancro possa beneficiare sempre più persone in futuro.

Gli editori hanno anche individuato nove "secondi classificati" per gli elogi speciali:

MICROCHIRURGIA GENETICA PER LE MASSE

Una tecnica di editing genetico di un anno chiamata CRISPR ha provocato un'esplosione di ricerche nel 2013. È l'abbreviazione di "ripetizioni palindromiche brevi intervallate regolarmente": tratti ripetitivi di DNA che i batteri si sono evoluti per combattere i virus predatori tagliando i genomi virali. Il "coltello" è una proteina chiamata Cas9; nel 2012, i ricercatori hanno dimostrato che potevano usarlo come bisturi per eseguire la microchirurgia sui geni. Quest'anno, la nuova tecnologia è diventata incandescente, poiché più di una dozzina di team l'hanno utilizzata per manipolare specifici geni in topi, ratti, batteri, lieviti, zebrafish, nematodi, moscerini della frutta, piante e cellule umane, aprendo la strada per capire come questi geni funzionano e possibilmente li sfruttano per migliorare la salute.

CLARITY LO RENDE PERFETTAMENTE CHIARO

Quest'anno, i ricercatori hanno inventato un nuovo modo di immaginare il cervello che molti dicono cambierà radicalmente il modo in cui i laboratori studiano l'intricato organo. CLARITY, un metodo per rendere trasparente il tessuto cerebrale, rimuove il più grande ostacolo al tradizionale imaging cerebrale: le molecole di diffusione della luce, grasse, chiamate lipidi, che formano le membrane cellulari. Sostituendo i lipidi con singole molecole di un gel trasparente, la tecnica rende trasparente il tessuto cerebrale lasciando intatti tutti i neuroni, le altre cellule cerebrali e i loro organelli. Ciò consente ai ricercatori di infiltrarsi nel cervello con etichette per specifici tipi di cellule, neurotrasmettitori o proteine, lavarli e riprendere il cervello con diverse etichette - un processo che dicono potrebbe accelerare di cento volte i compiti come contare tutti i neuroni in una determinata regione del cervello.

CLONAZIONE UMANA ALL'ULTIMO

Dopo oltre un decennio di fallimenti, i ricercatori hanno annunciato di aver derivato cellule staminali da embrioni umani clonati. Tali cellule possono svilupparsi in qualsiasi tipo di cellula del corpo, ei ricercatori sperano di usarli per studiare e curare le malattie. I topi, i maiali, i cani e altri animali sono stati clonati con la stessa tecnica usata su Dolly, ma le cellule umane si sono rivelate molto più difficili da utilizzare. Quest'anno una nuova ricetta - incluso un po 'di caffeina, che sembra stabilizzare le molecole chiave in delicati ovuli umani umani - ha risolto il problema. Ora, i ricercatori devono determinare in che modo le cellule staminali embrionali (ES) dagli embrioni clonati si sovrappongono alle cellule staminali pluripotenti indotte, che si comportano molto come le cellule ES ma non derivano da ovociti o embrioni umani.

DISSIPARE I MINI-ORGANI

In teoria, le cellule staminali pluripotenti hanno la capacità di diventare qualsiasi tipo di cellule nel corpo, ma convincere le cellule a crescere in tessuti specifici è ancora una sfida. Quest'anno, i ricercatori hanno compiuto progressi notevoli coltivando "organoidi" - gemme di fegato, mini-reni e persino cervelli umani rudimentali - in laboratorio. Sebbene il cervello non abbia afflusso di sangue e smetta di crescere quando raggiungono le dimensioni di un seme di mela, il loro tessuto e la loro struttura sono sorprendentemente simili a quelli del cervello umano in via di sviluppo. I ricercatori li hanno già usati per acquisire nuove conoscenze sulla microcefalia, una condizione in cui il cervello non raggiunge le sue dimensioni massime.

ACCELERATORI DI PARTICELLE COSMICHE IDENTIFICATI

I raggi cosmici - i protoni ad alta energia e le altre particelle provenienti dallo spazio - sono stati rilevati per la prima volta 100 anni fa. Ora, i ricercatori hanno finalmente individuato prove solide su dove vengono. I teorici avevano a lungo sospettato che la maggior parte venisse accelerata nelle onde d'urto causate da stelle esplosive massive o supernovae. Se così fosse, ragionarono, alcune particelle dovettero scontrarsi con atomi nello spazio per produrre particelle subatomiche chiamate pioni, che poi decaderebbero in raggi gamma. Quest'anno, il telescopio spaziale a raggi gamma Fermi individuò la sigla di decadimento pionieristico nei detriti di due supernovae.

LA NUOVA SUCCESSA SUCCOSA LA CORSA ALLA FASCIA DEL SOLE

Quest'anno una nuova generazione di materiali per celle solari è entrata in scena. Conosciuti come i perovskiti, sono economici, facili da realizzare e capaci di convertire il 15% dell'energia solare in elettricità. Mentre ciò rimane al di sotto dell'efficienza delle celle solari in silicio commerciali, le perovskiti stanno migliorando rapidamente. Una caratteristica particolarmente promettente è che possono essere sovrapposti al materiale di celle solari al silicio per sfruttare una gamma di lunghezze d'onda che nessuno dei due potrebbe catturare da solo.

DORMIRE, PECCATO PER PULIRE

Gli scienziati hanno a lungo ipotizzato che una delle funzioni del sonno è quella di ripristinare e riparare il cervello, ma se questo è uno scopo "core" del sonno rimane controverso. Quest'anno, i ricercatori hanno trovato prove sperimentali dirette che il cervello del topo si pulisce da solo durante il sonno, espandendo i canali tra i neuroni che consentono un afflusso di liquido cerebrospinale. Il liquido espelle i detriti come le proteine ​​amiloidi, che si accumulano come placche nella malattia di Alzheimer, due volte più velocemente quando i topi dormono come quando sono svegli.

I TUOI MICROBI, LA TUA SALUTE

Più di 100 trilioni di cellule con 3 milioni di geni vivono all'interno del corpo umano. Quest'anno, i ricercatori che hanno valutato tutto, dalla malnutrizione alle terapie antitumorali, si sono avvicinati a definire diversi ruoli chiave per queste cellule e questi geni nel determinare come funziona il corpo. I risultati rafforzano il fatto che la medicina personalizzata dovrà tenere conto dei nostri ospiti microbici per essere efficace. Molti altri dettagli su come i batteri possono alimentare o combattere le malattie - in particolare influenzando il sistema immunitario e l'infiammazione - dovrebbero emergere nel prossimo anno.

NEL DESIGN DEL VACCINO, GUARDA LA MATERIA

I ricercatori hanno a lungo sperato che la biologia strutturale, lo studio delle molecole della vita, li avrebbe aiutati a progettare vaccini migliori. Quest'anno ha iniziato a fornire. Dopo aver cristallizzato e analizzato un anticorpo che il corpo usa per combattere le infezioni respiratorie sinciziali (RSV) - che ospedalizzano milioni di bambini ogni anno - gli scienziati hanno progettato un immunogeno (l'ingrediente principale di un vaccino) che durante la notte è diventato un candidato alla corsa per sviluppare un vaccino RSV. Gli esperti dicono che questa è la prima volta che la biologia strutturale ha chiaramente portato a un immunogeno così potente. Altri ricercatori stanno ora sfruttando gli stessi strumenti negli sforzi per sviluppare nuovi farmaci per l'HIV.

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