36 Antworten in diesem Thema

[Jannis]

100% Kryoprotektion ... also demnächst Hibernation?

 

Nur für die roten Blutzellen... der Rest ist trotzdem Matschepampe  

[Fermentarius]

An das Paper komme ich leider nicht ran, ich habe nur den Abstract. Danach hört sich das an, als hätte die Autoren rote Blutkörperchen in eine Art Kieselalgen verwandelt. Kryoprotektion soll wohl bedeuten, dass man Blutkonserven dann komplett einfrieren kann. Bisher besteht immer die Gefahr, dass sich beim Auftauen Eiskristalle bilden, die dann die Zellen auseinanderreißen. Wie das Siliziumhülle das verhindern soll, ist aus dem Abstract nicht recht zu entnehmen. Die andere Frage ist, ob die Blutzellen durch die Siliziumhülle starrer werden. Sie würden dann Mikrothrombosen verursachen, weil die roten Blutzellen nur die kleinsten Blutgefäße passen, wenn sie sich verformen. Das Problem ist von der Sichelzellanämie bekannt, weil die roten Blutzellen bei dieser Krankheit zu hart sind. Auch bei Long Covid wird diskutiert, ob die roten Blutkörperchen nach der COVID-Infektion eventuell steifer sind und die Durchblutung auf Kapillarebene beeinträchtigen.

Die Silizium-Hülle könnte ähnliche Probleme hervorrufen. Und was passiert mit der Hülle, wenn die Zellen sterben? Löst sie sich zuverlässig auf? Ist sie nierengängig? Ruft sie eventuell selbst Immunreaktionen oder allergische Reaktionen hervor?

Im Abstract steht dazu nicht viel, ich will mal sehen, ob ich an das komplette Paper komme.

Bearbeitet von Fermentarius, 17 September 2024 - 19:37.

[Jannis]

Wer hat bisher nicht davon geträumt in einen lebenden und funktionierenden Organismus zu schauen, ganz ohne MRT, CT oder Ultraschall.

 

Einen (überraschend einfachen) ersten Schritt in diese Richtung beschreibt eine Forschergruppe von der Stanford University in Science:

 

Editor’s summary

Optical imaging of biological tissues is hindered by the scattering and, to a lesser extent, absorption of light that limits the penetration depth. Ou et al. addressed this problem through an approach that at first may seem counterintuitive: the introduction of highly absorbing molecules (see the Perspective by Rowlands and Gorecki). The authors show that the addition of common dye molecules that absorb in the near ultraviolet and blue regions improve optical transparency in nearby longer wavelengths. In essence, by causing sharp absorption in the blue region, the refractive index in the red part of the spectrum is increased without increasing absorption. The addition of tartrazine was able to make the skin of a live rodent temporarily transparent. —Marc S. Lavine

Structured Abstract

INTRODUCTION

A challenge in trying to image biological matter is that its complex structure causes opacity because of unwanted light scattering. This scattering results from refractive index mismatches among the components of biological tissues, limiting the penetration depth of optical imaging. The desire to see inside biological tissue and uncover the fundamental processes of life has spurred extensive research into deep-tissue optical imaging methods, such as two-photon microscopy, near-infrared-II fluorescence imaging, and optical tissue clearing. However, these methods either lack sufficient penetration depth and resolution or are unsuitable for living animals. Therefore, the ability to achieve optical transparency in live animals holds promise for transforming many optical imaging techniques.

RATIONALE

We hypothesized that strongly absorbing molecules can achieve optical transparency in live biological tissues. By applying the Lorentz oscillator model for the dielectric properties of tissue components and absorbing molecules, we predicted that dye molecules with sharp absorption resonances in the near-ultraviolet spectrum (300 to 400 nm) and blue region of the visible spectrum (400 to 500 nm) are effective in raising the real part of the refractive index of the aqueous medium at longer wavelengths when dissolved in water, which is in agreement with the Kramers-Kronig relations. As a result, water-soluble dyes can effectively reduce the RI contrast between water and lipids, leading to optical transparency of live biological tissues.

RESULTS

Following our theory, we found that an aqueous solution of a common food color approved by the US Food and Drug Administration, tartrazine, has the effect of reversibly making the skin, muscle, and connective tissues transparent in live rodents. We conducted experiments in both tissue-mimicking scattering hydrogels and ex vivo biological tissues. These tests confirmed the mechanism underlying our observations and showcased the achievable spatial resolution down to the micrometer level through millimeters of scattering medium once transparency is attained. By using absorbing dye molecules, we can transform the typically opaque abdomen of a live mouse into a transparent medium. This “transparent abdomen” allows for direct visualization of fluorescent protein–labeled enteric neurons, capturing their movements that mirror the underlying gut motility in live mice. This enabled us to generate time-evolving maps that depict mouse gut motility and the diversity of movement patterns. To demonstrate the generalizability of this approach, we also applied dye solutions topically to the scalp of a mouse head for visualizing cerebral blood vessels and to the mouse hindlimb for high-resolution microscopic imaging of muscle sarcomeres.

CONCLUSION

Overall, we report the counterintuitive observation that strongly absorbing molecules can achieve optical transparency in live animals. The Lorentz oscillator model, which underlies this unusual observation, predicts that molecules with low resonance frequencies (long absorption wavelengths), sharp absorption peaks, and rich delocalized electrons are more effective candidates at raising the refractive index of the aqueous medium than are conventional optical clearing agents. Our approach also presents opportunities for visualizing the structure, activity, and functions of deep-seated tissues and organs without the need for surgical removal or the replacement of overlying tissues with transparent windows. Some limitations remain for this method, including reduced but not eliminated scattering owing to the challenge of matching refractive indices in heterogeneous tissues and achievable penetration depth depending on the diffusion of absorbing molecules.

 

Übersetzung:

**Zusammenfassung des Herausgebers**

Die optische Bildgebung biologischer Gewebe wird durch die Streuung und, in geringerem Maße, durch die Absorption von Licht behindert, was die Eindringtiefe begrenzt. Ou et al. haben dieses Problem durch einen Ansatz gelöst, der auf den ersten Blick kontraintuitiv erscheinen mag: die Einführung stark absorbierender Moleküle (siehe die Perspektive von Rowlands und Gorecki). Die Autoren zeigen, dass die Zugabe von gewöhnlichen Farbstoffmolekülen, die im nahen Ultraviolett- und Blaulichtbereich absorbieren, die optische Transparenz in benachbarten längeren Wellenlängen verbessert. Im Wesentlichen wird durch die starke Absorption im blauen Bereich der Brechungsindex im roten Teil des Spektrums erhöht, ohne die Absorption zu erhöhen. Die Zugabe von Tartrazin konnte die Haut eines lebenden Nagetiers vorübergehend transparent machen. —Marc S. Lavine

 

**Strukturierte Zusammenfassung**

 

**EINLEITUNG**

Eine Herausforderung bei der Bildgebung biologischer Materie besteht darin, dass ihre komplexe Struktur aufgrund unerwünschter Lichtstreuung Opazität verursacht. Diese Streuung resultiert aus Brechungsindexunterschieden zwischen den Komponenten biologischer Gewebe, was die Eindringtiefe der optischen Bildgebung begrenzt. Der Wunsch, in biologisches Gewebe hineinzusehen und die grundlegenden Lebensprozesse zu entdecken, hat umfangreiche Forschungen zu tiefenoptischen Bildgebungsverfahren wie der Zwei-Photonen-Mikroskopie, der Nahinfrarot-II-Fluoreszenzbildgebung und der optischen Gewebeklarstellung angeregt. Diese Methoden haben jedoch entweder nicht ausreichende Eindringtiefe und Auflösung oder sind für lebende Tiere ungeeignet. Daher verspricht die Fähigkeit, optische Transparenz bei lebenden Tieren zu erreichen, viele optische Bildgebungstechniken zu transformieren.

 

**GRUNDLAGE**

Wir vermuteten, dass stark absorbierende Moleküle optische Transparenz in lebenden biologischen Geweben erreichen können. Durch Anwendung des Lorentz-Oszillatormodells für die dielektrischen Eigenschaften von Gewebekomponenten und absorbierenden Molekülen sagten wir voraus, dass Farbstoffmoleküle mit scharfen Absorptionsresonanzen im nahen Ultraviolettspektrum (300 bis 400 nm) und im blauen Bereich des sichtbaren Spektrums (400 bis 500 nm) wirksam sind, um den realen Teil des Brechungsindex des wässrigen Mediums bei längeren Wellenlängen zu erhöhen, wenn sie in Wasser gelöst sind, was mit den Kramers-Kronig-Beziehungen übereinstimmt. Infolgedessen können wasserlösliche Farbstoffe den RI-Kontrast zwischen Wasser und Lipiden effektiv reduzieren, was zur optischen Transparenz lebender biologischer Gewebe führt.

 

**ERGEBNISSE**

Entsprechend unserer Theorie fanden wir heraus, dass eine wässrige Lösung eines von der US-amerikanischen Food and Drug Administration zugelassenen Lebensmittelfarbstoffs, Tartrazin, die Haut, Muskeln und Bindegewebe lebender Nagetiere reversibel transparent machen kann. Wir führten Experimente sowohl in gewebemimetischen Streuhydrogelen als auch in ex vivo biologischen Geweben durch. Diese Tests bestätigten den Mechanismus, der unseren Beobachtungen zugrunde liegt, und zeigten die erreichbare räumliche Auflösung bis in den Mikrometerbereich durch Millimeter von Streumedium, sobald Transparenz erreicht ist. Durch die Verwendung absorbierender Farbstoffmoleküle können wir den typischerweise undurchsichtigen Bauch eines lebenden Maus in ein transparentes Medium verwandeln. Dieser „transparente Bauch“ ermöglicht die direkte Visualisierung von fluoreszenzmarkierten enterischen Neuronen und die Erfassung ihrer Bewegungen, die die zugrunde liegende Darmmotilität in lebenden Mäusen widerspiegeln. Dies ermöglichte es uns, sich zeitlich entwickelnde Karten zu erstellen, die die Darmmotilität der Maus und die Vielfalt der Bewegungsmuster darstellen. Um die Generalisierbarkeit dieses Ansatzes zu demonstrieren, haben wir auch Farbstofflösungen topisch auf die Kopfhaut eines Mauskopfes aufgetragen, um zerebrale Blutgefäße zu visualisieren, und auf die Hintergliedmaße der Maus für hochauflösende mikroskopische Bildgebung von Muskelsarkomeren.

 

**SCHLUSSFOLGERUNG**

Insgesamt berichten wir über die kontraintuitive Beobachtung, dass stark absorbierende Moleküle optische Transparenz bei lebenden Tieren erreichen können. Das Lorentz-Oszillatormodell, das dieser ungewöhnlichen Beobachtung zugrunde liegt, sagt voraus, dass Moleküle mit niedrigen Resonanzfrequenzen (langen Absorptionswellenlängen), scharfen Absorptionsspitzen und reichlich delokalisierten Elektronen wirksamere Kandidaten zur Erhöhung des Brechungsindex des wässrigen Mediums sind als herkömmliche optische Klärmittel. Unser Ansatz bietet auch Möglichkeiten zur Visualisierung der Struktur, Aktivität und Funktionen tief liegender Gewebe und Organe, ohne dass eine chirurgische Entfernung oder der Ersatz überlagernder Gewebe durch transparente Fenster erforderlich ist. Einige Einschränkungen bestehen weiterhin für diese Methode, einschließlich reduzierter, aber nicht eliminierter Streuung aufgrund der Herausforderung, Brechungsindizes in heterogenen Geweben abzugleichen, und der erreichbaren Eindringtiefe, die von der Diffusion der absorbierenden Moleküle abhängt.

 

Quelle:

Zihao Ou et al. ,Achieving optical transparency in live animals with absorbing molecules. Science 385,eadm6869(2024).DOI:10.1126/science.adm6869, https://www.science....science.adm6869

[Fermentarius]

Ich habe jetzt das Originalpaper zum Thema der roten Blutkörperchen mit Kieselhülle gelesen, und es sieht fast zu schön aus, um wahr zu sein. Die Zellen sollen so flexibel sein wie ohne Hülle, und im Mäuseversuch keine signifikante Belastung von Leber und Nieren auslösen. Auch eine Immunreaktion ist bei Mäusen nicht beobachtet worden. Und selbst menschliche Blutzellen sollen die Mäuse gut vertragen haben, nachdem sie mit der Kieselhülle überzogen wurden.

Trotzdem, irgendwie kann ich mir das kaum vorstellen. Andererseits ist PNAS ein angesehenes Journal und mindestens zwei Fachgutachter müssen bescheinigt haben, dass die Arbeit valide ist. Im Idealfall könnte es also sein, dass verkieselte Blutzellen von Schweinen oder Rindern in absehbarer Zeit für Transplantationen zur Verfügung stehen.

[Fermentarius]

**Zusammenfassung des Herausgebers**

Die optische Bildgebung biologischer Gewebe wird durch die Streuung und, in geringerem Maße, durch die Absorption von Licht behindert, was die Eindringtiefe begrenzt. Ou et al. haben dieses Problem durch einen Ansatz gelöst, der auf den ersten Blick kontraintuitiv erscheinen mag: die Einführung stark absorbierender Moleküle (siehe die Perspektive von Rowlands und Gorecki). Die Autoren zeigen, dass die Zugabe von gewöhnlichen Farbstoffmolekülen, die im nahen Ultraviolett- und Blaulichtbereich absorbieren, die optische Transparenz in benachbarten längeren Wellenlängen verbessert. Im Wesentlichen wird durch die starke Absorption im blauen Bereich der Brechungsindex im roten Teil des Spektrums erhöht, ohne die Absorption zu erhöhen. Die Zugabe von Tartrazin konnte die Haut eines lebenden Nagetiers vorübergehend transparent machen. —Marc S. Lavine

 

Hört sich so an, als ob man jetzt eine Methode für die bessere Beobachtung von Stoffwechselprozessen gefunden hat. Hört sich gut an, und ist ein wirklich gut ausgedachtes Verfahren. Hut ab!
 

[Jannis]

Hier mal was "fieses" für die ganzen Umweltkatastrophen-Autor*innen: Fluoxetin (Prozac) ist nicht nur ein weit verbreitetes Medikament (1), sondern ins Klo-gekippte Tabellen verändern tatsächlich die Fische. 

 

Das hat nun eine Forschergruppe mit Guppys simuliert und tatsächlich phänotypische Merkmale sowohl auf Populations- als auch auf individueller Ebene beeinflusst: 

 

Long-term effects of widespread pharmaceutical pollution on trade-offs between behavioural, life-history and reproductive traits in fish

 

Aich, U., Polverino, G., Yazdan Parast, F., Melo, G. C., Tan, H., Howells, J., Nosrati, R., & Wong, B. B. M. (2024). Long-term effects of widespread pharmaceutical pollution on trade-offs between behavioural, life-history and reproductive traits in fish. Journal of Animal Ecology, 00, 1–16. https://doi.org/10.1...1365-2656.14152

 

Abstract

In our rapidly changing world, understanding how species respond to shifting conditions is of paramount importance. Pharmaceutical pollutants are widespread in aquatic ecosystems globally, yet their impacts on animal behaviour, life-history and reproductive allocation remain poorly understood, especially in the context of intraspecific variation in ecologically important traits that facilitate species' adaptive capacities.

We test whether a widespread pharmaceutical pollutant, fluoxetine (Prozac), disrupts the trade-off between individual-level (co)variation in behavioural, life-history and reproductive traits of freshwater fish.

We exposed the progeny of wild-caught guppies (Poecilia reticulata) to three field-relevant levels of fluoxetine (mean measured concentrations: 0, 31.5 and 316 ng/L) for 5 years, across multiple generations. We used 12 independent laboratory populations and repeatedly quantified activity and risk-taking behaviour of male guppies, capturing both mean behaviours and variation within and between individuals across exposure treatments. We also measured key life-history traits (body condition, coloration and gonopodium size) and assessed post-copulatory sperm traits (sperm vitality, number and velocity) that are known to be under strong sexual selection in polyandrous species. Intraspecific (co)variation of these traits was analysed using a comprehensive, multivariate statistical approach.

Fluoxetine had a dose-specific (mean) effect on the life-history and sperm trait of guppies: low pollutant exposure altered male body condition and increased gonopodium size, but reduced sperm velocity. At the individual level, fluoxetine reduced the behavioural plasticity of guppies by eroding their within-individual variation in both activity and risk-taking behaviour. Fluoxetine also altered between-individual correlations in pace-of-life syndrome traits: it triggered the emergence of correlations between behavioural and life-history traits (e.g. activity and body condition) and between life-history and sperm traits (e.g. gonopodium size and sperm vitality), but collapsed other between-individual correlations (e.g. activity and gonopodium size).

Our results reveal that chronic exposure to global pollutants can affect phenotypic traits at both population and individual levels, and even alter individual-level correlations among such traits in a dose-specific manner. We discuss the need to integrate individual-level analyses and test behaviour in association with life-history and reproductive traits to fully understand how animals respond to human-induced environmental change.

 

Übersetzung:

In unserer sich schnell verändernden Welt ist es von größter Bedeutung zu verstehen, wie Arten auf sich ändernde Bedingungen reagieren. Pharmazeutische Schadstoffe sind weltweit in aquatischen Ökosystemen weit verbreitet, doch ihre Auswirkungen auf das Verhalten von Tieren, ihre Lebensgeschichte und ihre Fortpflanzungszuweisung sind noch wenig verstanden, insbesondere im Kontext der intraspezifischen Variation ökologisch wichtiger Merkmale, die die Anpassungsfähigkeit von Arten erleichtern.

 

Wir untersuchen, ob ein weit verbreiteter pharmazeutischer Schadstoff, Fluoxetin (Prozac), den Kompromiss zwischen individueller (Ko-)Variation in Verhaltens-, Lebensgeschichte- und Fortpflanzungsmerkmalen von Süßwasserfischen stört. Wir setzten die Nachkommen von wild gefangenen Guppys (Poecilia reticulata) über fünf Jahre hinweg drei feldrelevanten Fluoxetin-Konzentrationen (mittlere gemessene Konzentrationen: 0, 31,5 und 316 ng/L) aus, über mehrere Generationen hinweg. Wir verwendeten 12 unabhängige Laborpopulationen und quantifizierten wiederholt die Aktivität und das Risikoverhalten männlicher Guppys, wobei wir sowohl das durchschnittliche Verhalten als auch die Variation innerhalb und zwischen Individuen über die Expositionsbehandlungen hinweg erfassten. Wir maßen auch wichtige Lebensgeschichtsmerkmale (Körperkondition, Färbung und Gonopodiumgröße) und bewerteten postkopulatorische Spermienmerkmale (Spermienvitalität, Anzahl und Geschwindigkeit), die in polyandrischen Arten unter starkem sexuellen Selektionsdruck stehen. Die intraspezifische (Ko-)Variation dieser Merkmale wurde mit einem umfassenden, multivariaten statistischen Ansatz analysiert.

 

Fluoxetin hatte einen dosisabhängigen (mittleren) Effekt auf die Lebensgeschichte und die Spermienmerkmale der Guppys: Eine geringe Schadstoffexposition veränderte die Körperkondition der Männchen und vergrößerte die Gonopodiumgröße, verringerte jedoch die Spermiengeschwindigkeit. Auf individueller Ebene reduzierte Fluoxetin die Verhaltensplastizität der Guppys, indem es ihre innerindividuelle Variation in sowohl Aktivität als auch Risikoverhalten verringerte. Fluoxetin veränderte auch die zwischenindividuellen Korrelationen in den Merkmalen des Lebensrhythmus-Syndroms: Es löste das Auftreten von Korrelationen zwischen Verhaltens- und Lebensgeschichtsmerkmalen (z.B. Aktivität und Körperkondition) und zwischen Lebensgeschichte- und Spermienmerkmalen (z.B. Gonopodiumgröße und Spermienvitalität) aus, kollabierte jedoch andere zwischenindividuelle Korrelationen (z.B. Aktivität und Gonopodiumgröße).

 

Unsere Ergebnisse zeigen, dass chronische Exposition gegenüber globalen Schadstoffen phänotypische Merkmale sowohl auf Populations- als auch auf individueller Ebene beeinflussen und sogar individuelle Korrelationen zwischen solchen Merkmalen dosisabhängig verändern kann. Wir diskutieren die Notwendigkeit, individuelle Analysen zu integrieren und Verhalten in Verbindung mit Lebensgeschichte- und Fortpflanzungsmerkmalen zu testen, um vollständig zu verstehen, wie Tiere auf vom Menschen verursachte Umweltveränderungen reagieren.

 

Quelle: https://doi.org/10.1...365-2656.14152 

 

1: https://clincalc.com...rugs/Fluoxetine

[Fermentarius]

Arzneimittelrückstände in der Umwelt sind ein spannendes Thema. Eine gute Übersicht gibt es beim Umweltbundesamt. Das Thema gibt eigentlich immer was her - aber in diesem speziellen Fall scheinen mir die Ergebnisse doch wirklich etwas dünn. Mit der Fragestellung kann ich nicht viel anfangen. Will wirklich jemand wissen, ob "Fluoxetin (Prozac) den Kompromiss zwischen individueller (Ko-)Variation in Verhaltens-, Lebensgeschichte- und Fortpflanzungsmerkmalen von Süßwasserfischen stört"? Und das ganze über fünf Jahre und mehrere Generationen? Und dabei geht es offenbar nur um "die Aktivität und das Risikoverhalten männlicher Guppys" und diverse Körpermerkmale.

Und siehe da: eine Korrelation wird festgestellt. Das kommt nicht unerwartet. Andererseits bin ich durchaus skeptisch. Wurden weibliche Guppys nicht untersucht? Andere Merkmale nicht erhoben? Und warum sind die Ergebnisse so komplex?

Bei Studien dieser Art drängt sich immer der Verdacht auf, dass eine fünfjährige Studie kaum Ergebnisse erbracht hat und die Arbeitsgruppe so lange herumgerechnet hat, bis wenigstens irgendetwas dabei herausgekommen ist - was man dann rückwirkend zur Fragestellung erhebt. Ich kann das für diese Studie nicht verifizieren, aber ich finde, die Autoren hätten mehr tun müssen, um den Verdacht auszuräumen.

Aber in jedem Fall sind Arzneimittelrückstände in der Umwelt ein absolut echtes Problem. Und es ist bisher kaum möglich, sie in Kläranlagen aus dem Abwasser zu filtern.

Bearbeitet von Fermentarius, 28 September 2024 - 09:47.