جوایز و مدال های OSA 2021

جوایز و مدال های OSA 2021

OSA مفتخر است که از مشارکت های برجسته در علم ، تحقیق ، مهندسی ، آموزش ، صنعت و جامعه تجلیل و تجلیل می کند.

مجله خبری اپتیک و فوتونیک

مجله خبری اپتیک و فوتونیک

شماره ژوئن

DAS: یک تغییر لرزه ای در حس کردن

چراغ OAM برای ارتباطات

جوایز و مدال های OSA 2021

اخبار صنعت و تحقیقات لیزر

اخبار صنعت و تحقیقات لیزر

ثبت شدت لیزر / اندازه گیری ویسکوزیته / هولوگرام برای AR خودرو / شکل نور بر بینایی تأثیر می گذارد / هیدروژل های آفتاب پرست / اولین لیزر ELT / بازار فوتونیک سیلیکون / یادگیری عمیق و میکروسکوپ / LED های "دوستدار انسان"

مجله خبری اپتیک و فوتونیک

مجله خبری اپتیک و فوتونیک

شماره جولای

از دست دادن لنز

سطوح قابل تنظیم: کنترل نور در فضا و زمان

به سوی فندک ، سیستم های AR/VR نازک تر

منابع نوری سینکروترون برای قرن 21

آزمایشگاههای پنج قاره در حال ارتقاء سنکروترونهای حلقه ذخیره سازی و لیزرهای الکترون آزاد هستند تا پرتوهای اشعه ایکس آنها روشن تر و سازگارتر با کاربردهای علمی و پزشکی باشد.

کنترل CRISPR

کنترل CRISPR

رویکردهای مبتنی بر نور برای هدایت CRISPR-Cas9 ، ابزار قدرتمند ویرایش ژنوم برنده جایزه نوبل ، وعده افزایش دقت و ویژگی این تکنیک را می دهد-و ممکن است به کاربرد بالینی آن کمک کند.

در اوایل سال 2011 ، دو دانشمند در خیابان های سنگ فرش قدیمی سن خوان ، منطقه تاریخی پایتخت پورتوریکو قدم زدند. این زوج به تازگی توسط یکی از همکاران خود در کنفرانس میکروبیولوژی معرفی شده اند ، به زودی در مورد پروتئین اسرار آمیزی به نام Csn1 وارد گفتگو شدند. این پروتئین به باکتری ها برای دفاع در برابر ویروس ها کمک کرد ، اما نحوه عملکرد آن مشخص نیست. برخی گمان می کردند که مانند قیچی ژنتیکی عمل می کند و DNA ویروسی مهاجم را قطع کرده و تهدید را خنثی می کند. اما هنوز کسی آن را نشان نداده است.

این دو دانشمند - جنیفر دودنا ، مستقر در کالیفرنیا و امانوئل شارپانتیه ، کار در سوئد - به دنبال کشف عملکردهای داخلی Csn1 و نقش آن در سیستم ایمنی بزرگتر باکتری ها بودند. آنها دریافتند که این پروتئین در واقع مواد ژنتیکی خارجی را جدا کرده و ثابت کرده است که می تواند بخشی از یک تکنیک فوق العاده قدرتمند و همه کاره برای برش DNA در هر مکان مورد نظر در ژنوم باشد.

همکاری از راه دور دوودنا و شارپانتیه در Csn1-که امروزه به عنوان Cas9 شناخته می شود-منجر به کشف برنده جایزه نوبل شد که تاثیر آن در بزرگترین پیشرفت های زیست پزشکی تاریخ رقبای خود است. در کنار ابزارهایی مانند تعیین توالی DNA و واکنش زنجیره ای پلیمراز ، بشریت اکنون CRISPR-Cas9 را در اختیار دارد ، یک تکنیک ویرایش ژنوم که به محققان اجازه می دهد DNA ارگانیسم ها را به دلخواه تغییر دهند.

در حالی که سیستم CRISPR -Cas9 قبلاً به نتایج انقلابی دست یافته است ، نحوه کنترل عملکرد آن در محیط های بیولوژیکی و در نهایت بالینی یک پرسش بزرگ باقی مانده است. و به طور فزاینده ای ، محققان از استفاده از نور به عنوان سوئیچ کنترل-برای روشن و خاموش کردن ویرایش ژنوم ، برای کاهش احتمال اثرات خارج از هدف و قرار دادن CRISPR-Cas9 در محل دقیق استفاده می کنند.

"به طور کلی ، ما CRISPR -Cas9 را برای ترمیم یا ویرایش ژن های خاص بدون هیچ گونه کنترل ارائه می دهیم. هنگامی که این درمان را به طور سیستماتیک انجام دهید ، در همه جای بدن پخش می شود. "یوان پینگ ، استاد علوم دارویی در دانشگاه ژجیانگ ، چین می گوید. اما اگر شما مستقیماً به کبد نور بدهید ، ویرایش ژنوم فقط در آنجا اتفاق می افتد. در عصر پزشکی دقیق ، من فکر می کنم که نور می تواند این فرصت را برای ارائه دقت به مراقبت های بهداشتی در آینده فراهم کند. "

نیروگاه ویرایش ژنوم

همانطور که از نامش پیداست ، سیستم CRISPR -Cas9 دارای دو جزء است که در اصل به عنوان بخشی از یک سیستم ایمنی ساده در باکتری E. coli کشف شده است. CRISPR - مخفف کلمه "به طور مرتب تکرارهای کوتاه پالیندرومیک متقاطع" - قطعات کوچکی از مواد ژنتیکی ویروسی را تشکیل می دهد که باکتری در DNA خود برای تشخیص مزاحمان ویروسی جاسازی می کند. Cas9 آنزیمی است که در سیستم برای قطع و غیرفعال کردن DNA در ویروس هایی که به این ترتیب شناسایی می شوند ، استفاده می شود. ("Cas" در Cas9 مخفف "پروتئین مرتبط با CRISPR" است.)

در سیستم باکتریایی ، بخش CRISPR ژنوم ، که حاوی مواد تعبیه شده در DNA باکتری پس از برخورد ویروسی قبلی است ، به یک مولکول RNA بلند و تک رشته ای رونویسی می شود. سپس RNA های کوتاهی موسوم به RNA های CRISPR فعال کننده trans (tracrRNA) ایجاد می شوند که در توالی های تکراری مانند قطعات پازل قرار می گیرند و به آنزیم Cas9 گره خورده اند.

RNA طولانی تر که در اصل از بخش DNA CRISPR رونویسی شده است ، سپس توسط یک آنزیم متفاوت به بخش هایی تقسیم می شود-به اصطلاح RNA های CRISPR (CRRNA)-که حاوی اطلاعات ژنتیکی مورد نیاز برای شناسایی هر ویروس منحصر به فرد کد شده در بخش CRISPR است. هنگامی که یکی از CRRNA های جداگانه در ناحیه ای از DNA ویروسی قرار می گیرد ، که نشان دهنده حمله ویروس ورودی است ، tracrRNA و Cas9 با هم کار می کنند تا DNA ویروسی را شناسایی و خرد کرده و مواد ژنتیکی مهاجم را در مسیر خود متوقف کنند.

دودنا و شارپانتیه با ترکیب CRRNA و tracrRNA در یک مولکول واحد ، که آنها را RNA راهنما نامیدند ، سیستم طبیعی باکتری ها را ساده کردند. این به دانشمندان اجازه داد تا یک RNA راهنما ایجاد کنند که با هر قسمتی از DNA که در آن باید دو رشته ایجاد شود مطابقت داشته باشد-در اصل ، در هر موجودی. برش در هر مکان دلخواه درون ژنوم به این معنی است که حذف ژنهای قدیمی و درج ژنهای جدید را می توان به راحتی انجام داد. (نحوه عملکرد ویرایش CRISPR -Cas9 را در زیر مشاهده کنید.)

فراتر از Cas9: RNA ها و پروتئین های ضد CRISPR

تعداد انگشت شماری از گروه های تحقیقاتی به بررسی کنترل های مبتنی بر نور برای سایر قسمت های سیستم CRISPR-Cas9 پرداخته اند. در سال 2020 ، دیترز و همکارانش روش فتوکیمیایی نوری خود را بر روی جزء RNA راهنمای سیستم اعمال کردند. این تیم دریافتند که قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش 365 نانومتری باعث ویرایش ژنوم با ویژگی مکانی و زمانی بالا در سلول های پستانداران و جنین گورخرماهی می شود.

در سال 2019 ، آزمایشگاه سین کیینگ تانگ ، استاد علوم داروسازی در دانشگاه پکن ، چین ، یک CRRNA فتوکپی شده را با پیوند دادن آن به یک مولکول ویتامین E طراحی و ساخت که به طور قابل توجهی از برش DNA جلوگیری می کند. پس از چند دقیقه تابش 365 نانومتری ، مولکول ویتامین E و پیوند دهنده عکس به طور کامل از crRNA جدا شده و به فعالیت عادی CRISPR-Cas9 اجازه می دهد.

نیوپک و همکارانش با طی مسیری کمتر متعارف ، توجه خود را به پروتئین های موجود در باکتریوفاژها معطوف کردند که به عنوان عوامل ضد دفاع در برابر سیستم ایمنی باکتری عمل می کنند. آزمایشگاه او پیشگام این روش بینایی زایی منحصر به فرد در سال 2018 بود و به منظور تطبیق پذیری بیشتر و سهولت استفاده ، به اصلاح آن ادامه می دهد.

نیوپک می گوید: "ما در واقع به سیستم های طبیعی فکر می کردیم که فعالیت CRISPR-Cas را مختل یا کنترل می کنند ، و معلوم می شود که یک کلاس بسیار جالب از پروتئین ها به نام anti-CRISPR وجود دارد." "آنچه ما در حال بررسی آن هستیم این است که آیا می توانیم این پروتئین های ضد CRISPR را با نور کنترل کنیم."

آینده کنترل نوری

در حالی که این مطالعات چشم انداز ویرایش ژنوم درمانی را در نظر می گیرند ، اکثر متخصصان در نهایت کنترل نوری CRISPR -Cas9 را بیشترین تأثیر را به عنوان یک ابزار تحقیق می دانند. در حال حاضر ، CRISPR-Cas9 و انواع آن مزایایی نسبت به سایر تکنیک های ویرایش ژنوم برای ایجاد خطوط سلولی و ارگانیسم های اصلاح شده ژنتیکی ، بازجویی عملکرد ژن پویا و سایر برنامه های تحقیقات زیست پزشکی نشان داده اند. کنترل مشروط با نور فقط باید آن افق ها را گسترش دهد.

امکان ارائه ژن درمانی ایمن تر با استفاده از اپتیک دور از ذهن نیست ، اگرچه روشهای ساده تری برای محدود کردن اثرات خارج از هدف در حال آزمایش است که احتمالاً ابتدا به کلینیک می رسد. به عنوان مثال ، چندین نوع مهندسی Cas9 توسعه داده شده است که منجر به افزایش ویژگی و تمایز DNA مورد نظر می شود.

با این حال ، کنترل نوری با موفقیت مدت زمان فعالیت Cas9 را کوتاه می کند ، که باید اثرات خارج از هدف را کاهش دهد. و nanoCRISPR و روشهای دیگر ویرایش غیر اختصاصی را در سایتهایی با بیشترین پتانسیل برای فعالیت خارج از هدف به حداقل رسانده اند. با این وجود ، مطالعات بیشتری برای تعیین اینکه آیا کنترل نوری اثرات خارج از هدف را در سطح کل ژنوم کاهش می دهد یا خیر ، و بر نگرانی های احتمالی ایمنی و عوارض جانبی غلبه می کند.

با این حال ، به نظر می رسد که کنترل مبتنی بر نور به عنوان بخشی از جعبه ابزار CRISPR-Cas9 باقی مانده است. تانگ می گوید: "من به آینده کنترل نوری CRISPR خوشبین هستم." "حداقل ، می تواند یک ابزار قدرتمند در تحقیقات بیولوژیکی باشد. علاوه بر این ، اگر بتوانیم مشکل طول موج تابش نور و بهبود کارایی ویرایش ژن CRISPR را به طور کلی حل کنیم ، می توان در عمل پزشکی از آن استفاده کرد. "

مجله خبری اپتیک و فوتونیک

مجله خبری اپتیک و فوتونیک

شماره ماه سپتامبر

کنترل CRISPR

منابع نوری سینکروترون برای قرن 21

جستجوی یک آزمایش کووید بهتر

مقدمه ای بر مهندسی بافت: کاربردها و چالش ها

شرح

مرجع جامع و کمک آموزشی در زمینه مهندسی بافت - شامل همه چیز از اصول اولیه طب احیا تا موضوعات پیشرفته و آینده نگر مانند کبد مصنوعی ، مثانه و نای

پزشکی احیا کننده/مهندسی بافت فرآیند جایگزینی یا بازسازی سلول ها ، بافت ها یا اندام های انسانی برای بازگرداندن یا ایجاد عملکرد طبیعی است. این یک زمینه فوق العاده پیشرفته پزشکی است که ممکن است در آینده نزدیک به کمبود اعضای نجات دهنده حیات از طریق اهدای پیوند کمک کند.

مقدمه ای بر مهندسی بافت: کاربردها و چالش ها باعث می شود مهندسی بافت برای دانشجویان کارشناسی و کارشناسی ارشد به طور یکسان قابل دسترسی باشد. این فرآیند سیستماتیک و منطقی هشت مرحله ای را برای ساخت بافت ارائه می دهد. فصلهای خاصی برای ارائه اصول عمیق برای بسیاری از فن آوریهای حمایتی و توانمند در طول فرآیند ساخت بافت اختصاص داده شده است و شامل توسعه و سنتز بیو مواد ، طراحی بیواکتورها و عروق بافت است. فرایند ساخت بافت با نمونه های خاصی برای کبد ، مثانه و نای بیشتر توضیح داده شده است. پوشش بخش شامل معرفی کلی مهندسی بافت است. توانمندسازی و پشتیبانی فناوری ها ؛ کاربردهای بالینی ؛ و مطالعات موردی و چالش های آینده.

مقدمه ای بر مهندسی بافت:

کاربردهای پزشکی سلول های بنیادی در مهندسی بافت را ارائه می دهد

مقابله با اثرات تحریک شیمیایی (عوامل رشد و هورمون ها)

بیماریها و گزینه های درمانی فعلی (ضربان ساز ، پروتز) را پوشش می دهد

مهندسی زیستی ، طراحی و ساخت و چالش های مهم در حین ساخت بافت را توضیح می دهد

اسلایدهای پاورپوینت را برای مربیان ارائه می دهد

ویژگی های مطالعات موردی و بخشی در جهت و چالش های آینده است

از آنجا که افراد پیشگام به دنبال ایجاد سیستم های اندام کامل هستند ، دانش آموزان ممکن است برای درک جامع و آمادگی برای آینده پزشکی احیا کننده به این متن مراجعه کنند.

تجزیه و تحلیل سیگنال های پزشکی

شرح

این کتاب با بررسی آموزشی موضوعات اساسی و پیشرفته همراه با بیش از 350 تصویر و تصویر ، به خواننده در توسعه تکنیک های تجزیه و تحلیل سیگنال های پزشکی و تشخیص رایانه کمک می کند.

طیف گسترده ای از تکنیک های فیلتر برای ارائه برنامه های مختلف ارائه شده است

800 عبارت و معادله ریاضی

سوالات کاربردی ، مشکلات و تمرینات آزمایشگاهی

شامل فرکتال و نظریه آشوب با کاربردهای پزشکی است

درباره نویسنده

Rangaraj M. Rangayyan ، PhD ، استاد گروه مهندسی برق و کامپیوتر و استاد جانبی جراحی و رادیولوژی در دانشگاه کلگری در کلگری کانادا است. دکتر رنگاییان بیش از 150 مقاله در مجلات و 250 مقاله در مقالات کنفرانس منتشر کرده است و دو کتاب درسی ، تجزیه و تحلیل سیگنال های پزشکی (Wiley-IEEE Press 2002/2015) و تجزیه و تحلیل تصویر پزشکی (CRC Press 2005) تألیف کرده است. وی با مدال مهندس برجسته 2013 IEEE کانادا شناخته شد و به عنوان عضو انجمن IEEE ، انجمن مهندسی پزشکی و زیست شناسی کانادا ، موسسه آمریکایی مهندسی پزشکی و بیولوژیکی پزشکی و سایر جوامع انتخاب شد.

مدل سازی چند مقیاس در مهندسی پزشکی

شرح

این کتاب زمینه اساسی برای یک روش محاسباتی عمومی برای مدل سازی چند مقیاس را ارائه می دهد و نشان می دهد که چگونه می توان این روش را در زمینه های مختلف پزشکی ، به ویژه ارتوپدی و پزشکی قلب و عروق به کار برد. نویسندگان با توصیف رابطه بین مدل سازی چند مقیاس و بیولوژی سیستم ها شروع می کنند ، سپس به طور سیستماتیک در سطوح سلسله مراتبی از بافت مولکولی ، سلولی به اندام به سمت بالا حرکت می کنند. پس از این ، تمرکز بر روی بررسی برنامه های کاربردی مدل سازی چند مقیاس در زمینه های خاص است: انتقال مکانیکی ، اسکلتی عضلانی و قلبی عروقی.