наука

Ученая вылечила свой рак с помощью вирусов, выращенных в лаборатории

В 2020 году в возрасте 49 лет Беата Халасси обнаружила, что у нее рак молочной железы на месте предыдущей мастэктомии. Это был второй рецидив с тех пор, как ей удалили левую грудь, и она не могла пережить еще один курс химиотерапии. 

Халасси, вирусолог из Загребского университета, изучила литературу и решила взять дело в свои руки с помощью недоказанного лечения.

В отчете о болезни, опубликованном в журнале, описывается, как Халасси самостоятельно применяла лечение под названием онколитическая виротерапия (ОВТ), чтобы помочь вылечить свой собственный рак 3 стадии. Уже четыре года она свободна от рака.

OVT — это новая область лечения рака, в которой вирусы используются как для атаки раковых клеток, так и для того, чтобы провоцировать иммунную систему на борьбу с ними. Большинство клинических исследований ОВТ до сих пор проводилось на поздних стадиях метастатического рака, но в последние несколько лет они были направлены на лечение заболеваний на более ранних стадиях. Один OVT, названный T-VEC, одобрен в Соединенных Штатах для лечения метастатической меланомы, но пока еще не существует агентов OVT, одобренных для лечения рака молочной железы на любой стадии и в любой точке мира.

Халасси подчеркивает, что она не является специалистом по ОВТ, но ее опыт в культивировании и очистке вирусов в лаборатории вселил в нее уверенность в том, что она сможет попробовать это лечение. Она решила последовательно воздействовать на свою опухоль двумя разными вирусами — вирусом кори, а затем вирусом везикулярного стоматита (ВВС). Оба патогена, как известно, инфицируют тип клеток, из которых возникла ее опухоль, и уже использовались в клинических исследованиях OVT. Вирус кори был испытан против метастатического рака молочной железы.

У Халасси уже был опыт работы с обоими вирусами, и оба имеют хорошие показатели безопасности. Штамм кори, который она выбрала, широко используется в детских вакцинах, а штамм ВСВ вызывает в худшем случае легкие гриппоподобные симптомы.

В течение двух месяцев коллега проводила курс лечения с использованием свежеприготовленного Халасси материала исследовательского уровня, который вводился прямо в ее опухоль. Ее онкологи согласились наблюдать за ней во время самолечения, чтобы она могла перейти на традиционную химиотерапию, если что-то пойдет не так.

Подход оказался эффективным: в ходе лечения и без серьезных побочных эффектов опухоль существенно уменьшилась и стала мягче. Она также отделилась от грудных мышц и кожи, в которые проникла, что позволило легко удалить его хирургическим путем.

Анализ опухоли после удаления показал, что она была полностью пропитана иммунными клетками, называемыми лимфоцитами, что позволяет предположить, что OVT сработал так, как ожидалось, и спровоцировал иммунную систему Халасси атаковать как вирусы, так и опухолевые клетки. «Иммунный ответ, безусловно, был вызван», — говорит Халасси. После операции она получила годичное лечение противораковым препаратом трастузумаб.

Этическая дилемма

Халасси чувствовала себя обязанной опубликовать свои выводы. Но она получила более дюжины отказов от журналов — в основном, по ее словам, потому, что статья, написанная в соавторстве с коллегами, включала эксперименты над собой. «Основной проблемой всегда были этические вопросы», — говорит Халасси. Она была особенно полна решимости продолжать работу после того, как наткнулась на обзор, подчеркивающий ценность экспериментов над собой.

То, что у журналов были опасения, не удивляет Джейкоба Шеркоу, исследователя права и медицины из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне, который исследовал этику проведения экспериментов исследователями на себе в отношении вакцин против COVID-19.

Проблема не в том, что Халасси проводила эксперименты над собой как таковые, а в том, что публикация ее результатов может побудить других отказаться от традиционного лечения и попробовать что-то подобное, говорит Шерков. Люди, больные раком, могут быть особенно восприимчивы к использованию непроверенных методов лечения. Тем не менее, отмечает он, также важно обеспечить, чтобы знания, полученные в результате экспериментов на себе, не были потеряны. В документе подчеркивается, что самолечение вирусами, борющимися с раком, «не должно быть первым подходом» в случае диагноза рака.

«Я думаю, что в конечном итоге это соответствует этическим нормам, но это не случайный случай», — говорит Шерков, добавляя, что ему хотелось бы видеть комментарий, конкретизирующий этическую точку зрения, опубликованный вместе с отчетом о случае. 

Халасси не сожалеет о самолечении или о своем упорном стремлении к публикациям. Она считает, что маловероятно, что кто-то попытается скопировать ее, поскольку лечение требует очень много научных знаний и навыков. И этот опыт дал ее собственным исследованиям новое направление: в сентябре она получила финансирование для исследования ОВТ для лечения рака у домашних животных. «Фокус моей лаборатории полностью изменился из-за положительного опыта моего самолечения», — говорит она.

Соус.

Как внеклеточный матрикс (ВКМ) может помочь в восстановлении сухожилий: "исследование на ахилловом сухожилии"

(ps – к сожалению из-за того что
поисковики нацелены на рекламу, найти источник про успешные методы на
крестообразных связках не удалось, хотя есть выпуск по дискавери, но поисковики
выдают исключительно клиники и рекламу, будет небольшой комментарий по
крестообразным связкам в конце)

Ахиллово сухожилие — одна из самых крупных и важных
соединительных тканей нашего тела, обеспечивающая стабильность и нормальное
движение голеностопного сустава. Но, как и другие сухожилия, ахиллово сухожилие
страдает от ограниченной способности к самовосстановлению из-за недостаточного
кровоснабжения. Разрыв или повреждение сухожилия может привести к значительным
ограничениям подвижности, а традиционные методы лечения не всегда приводят к
полному восстановлению.

Внеклеточный матрикс (ВКМ) — это сеть белков и полисахаридов, окружающая клетки в тканях. Он служит каркасом для клеток, поддерживает их структуру и обеспечивает передачу
сигналов, необходимых для роста, восстановления и взаимодействия клеток. ВКМ
играет ключевую роль в регенерации тканей, обеспечивая среду для миграции
клеток и стимулируя их к восстановлению повреждённых участков.

Если проще - это многокомпонентная субстанция, в которую погружены все клетки нашего
организма.

Чтобы улучшить регенерацию сухожилий, учёные провели эксперимент с использованием внеклеточного матрикса (ВКМ) — биологического каркаса, способного поддерживать рост
и дифференциацию клеток. В данном исследовании ВКМ был получен из хвостовых
сухожилий крыс, обработанных специальными методами для обеспечения безопасности
и биосовместимости.

Методология работы с ВКМ включает несколько этапов, таких как многоразовая
заморозка и оттаивание, а также использование стволовых клеток. Всё это
направлено на создание идеальных условий для восстановления повреждённого
сухожилия и возвращения утраченных функций.

Изображение
1: Подготовка внеклеточного матрикса для восстановления сухожилий.

A: Сухожилие перед обработкой.
B: Сухожилие после процесса деклетеризации.

C: Полученный ВКМ после высушивания и заморозки.

D–E: Гистологические изображения до и после удаления клеток, демонстрирующие структуру матрикса (окрашиваниеHE).

F–G: Флуоресцентное окрашивание DAPI, показывающее уменьшение количества ядерных остатков после деклетеризации.

H: Показатель содержания α-gal до и после деклетеризации, свидетельствующий о снижении иммуногенности материала.

I: Результаты биосовместимости, демонстрирующие хорошую поддержку роста клеток на матриксе.

Часть 2 — Методология исследования

Во второй части мы расскажем о том, как был создан внеклеточный матрикс (ВКМ) и как
учёные использовали его для регенерации сухожилий с применением стволовых
клеток.

"Как создаётся внеклеточный матрикс для восстановления сухожилий"

Для создания внеклеточного матрикса (ВКМ) учёные использовали сухожилия хвостов
крыс. Этот процесс включал несколько этапов обработки тканей, направленных на
удаление клеточного материала при сохранении структурной целостности матрикса.
Ткань многократно замораживали и оттаивали, а также проводили специальные
обработки, чтобы гарантировать безопасность и биосовместимость материала.

После создания ВКМ его объединили с жировыми стволовыми клетками, полученными из
жировой ткани. Эти клетки, благодаря своим регенеративным свойствам, обладают
потенциалом превращаться в клетки сухожилий и других соединительных тканей.
Таким образом, ВКМ не только служил каркасом, но и создавал оптимальные условия
для роста и дифференциации стволовых клеток.

Методы включали:

Деклетеризацию ткани, чтобы снизить её иммуногенность и избежать отторжения.

Комбинирование ВКМ со стволовыми клетками, что помогло создать активную микро-тканевую конструкцию для восстановления сухожилий.

Изображение
2: Детали процесса создания и проверки внеклеточного матрикса с использованием жировых
стволовых клеток.

A–B: Микрофотографии жировых стволовых клеток, выращенных на внеклеточном матриксе, показывают процесс роста клеток.

C–E: Гистологические окрашивания, демонстрирующие клеточную активность и накопление внеклеточного матрикса.

F: Графики, представляющие
маркеры CD29, CD71, CD34 и CD45, которые используются для идентификации и
подтверждения типов клеток. Высокие уровни CD29 и CD71 указывают на
присутствие жировых стволовых клеток, тогда как низкие уровни CD34 и CD45
подтверждают отсутствие других клеточных типов.

G: Флуоресцентные изображения показывают, как клетки взаимодействуют с матриксом, подчеркивая биосовместимость и эффективность процесса.

Часть 3 — Основные результаты и выводы

В третьей части мы рассмотрим ключевые результаты исследования, которые показывают
эффективность внеклеточного матрикса (ВКМ) в регенерации сухожилий.

"Результаты применения внеклеточного матрикса для восстановления
сухожилий"

Результаты исследования показывают, что внеклеточный матрикс (ВКМ) не только
способствует росту жировых стволовых клеток, но и активно поддерживает процесс
регенерации сухожилий. После введения ВКМ с клетками наблюдалось значительное
улучшение структурных и функциональных характеристик ахиллова сухожилия.

Основные результаты:

Улучшение прочности тканей: Исследование
продемонстрировало, что трансплантация ВКМ способствует формированию
прочной и функционально активной ткани, что повышает устойчивость
сухожилия.

Стимуляция роста клеток: Использование ВКМ с жировыми
стволовыми клетками показало, что клетки активно размножаются и заполняют
область повреждения, создавая новую ткань.

Снижение воспаления: ВКМ поддерживает естественные
процессы восстановления и снижает воспалительные реакции, что способствует
более быстрому заживлению и возвращению функциональности.

Изображение
3: Результаты
исследования эффективности внеклеточного матрикса и его сочетания с клетками в
процессе регенерации.

A: Изображение визуализации регенеративной активности, показывающее распределение и интенсивность клеточной активности в разных участках (цветовая шкала указывает на
уровень активности).

B-F: Графики, отражающие относительные уровни экспрессии различных маркеров:

B и C — Коллаген I и Коллаген III,
маркеры, указывающие на восстановление прочности и эластичности ткани.
Самый высокий уровень наблюдается в группе "Micro-tissue
group", что подтверждает эффективность ВКМ в сочетании с клетками.

D — Фибронектин (FBN), важный компонент внеклеточного матрикса, который поддерживает структуру ткани.

E — VEGF (сосудистый эндотелиальный фактор роста), маркер васкуляризации. Регенерация с ВКМ показала высокие уровни VEGF, что способствует улучшению кровоснабжения.

F — TNMD (теномодулин), маркер, связанный с формированием здоровой сухожильной ткани. Наиболее высокая экспрессия TNMD также наблюдается в группе "Micro-tissue group".

Эти результаты подтверждают, что использование внеклеточного матрикса с клетками
способствует ускоренному и качественному восстановлению тканей по сравнению с
другими группами.

Заключительная часть — Итоги и перспективы
исследования

В заключительной части мы подведем итоги исследования и обсудим возможные
перспективы применения внеклеточного матрикса в медицине для восстановления
сухожилий и других соединительных тканей.

"Перспективы использования внеклеточного матрикса в регенеративной медицине"

Исследование подтвердило, что внеклеточный матрикс (ВКМ) в сочетании с жировыми
стволовыми клетками значительно улучшает регенерацию сухожилий. Использование
ВКМ позволяет создать биоактивный каркас, способствующий росту клеток и
поддерживающий формирование новой ткани, что помогает восстановить структуру и
функции повреждённого сухожилия.

Комментарий к изображению:

Это изображение представляет гистологические срезы тканей и результаты
оценки структурных изменений в ахилловом сухожилии через 4 и 8 недель после
лечения с использованием различных подходов.

   
A-D (4W HE) и E-H (8W HE): Гистологические срезы, окрашенные гематоксилин-эозином (HE),
показывают микроструктуру сухожильных тканей в разных экспериментальных группах
через 4 недели и 8 недель. Эти изображения позволяют оценить степень
регенерации и структурную целостность ткани. Группа с "Micro-tissue"
(D и H) демонстрирует более выраженное уплотнение тканей, что указывает на
активное восстановление.

     
I-L (4W Masson) и M-P (8W Masson): Гистологические срезы, окрашенные методом Масона,
показывают коллагеновые волокна в тканях сухожилий. Этот метод окрашивания
позволяет более точно визуализировать фиброзные компоненты и оценить
структурные изменения. Группа "Micro-tissue" (L и P) демонстрирует более
организованную структуру коллагеновых волокон, что свидетельствует о
качественном восстановлении.

       
Q (Гистологический балл):
График, демонстрирующий гистологические оценки для каждой группы через 4 и 8
недель. Баллы гистологической оценки показывают значительное улучшение в группе
"Micro-tissue" по сравнению с другими группами, что указывает на
более высокую степень регенерации тканей.

Эти результаты подтверждают, что использование внеклеточного матрикса с
жировыми стволовыми клетками способствует улучшению структуры и прочности
ткани, что делает этот метод перспективным для регенерации сухожилий.

 Основные выводы исследования:

Эффективное восстановление ткани:
Экспериментальные группы, получившие ВКМ и стволовые клетки,
продемонстрировали значительное улучшение по сравнению с контрольной группой.

Снижение воспаления: ВКМ способствует уменьшению воспалительных реакций и ускоряет заживление.

Улучшение прочности и структуры сухожилия:
Гистологические и ультразвуковые данные показывают, что регенерированная
ткань обладает хорошей структурой и функциональностью.

Эти результаты показывают огромный потенциал ВКМ для использования в регенеративной
медицине. В будущем эта технология может стать основой для создания более
эффективных и безопасных методов лечения повреждений соединительных тканей.

Комментарий к изображению:

Это изображение демонстрирует общие характеристики тканей и результаты
ультразвукового исследования ахиллова сухожилия через 4 и 8 недель после
применения различных методов лечения.

       
Фотографии слева: Визуальные характеристики ахиллова сухожилия в каждой группе через 4 и 8 недель. Это позволяет оценить внешний вид и целостность сухожильной ткани.

      
A-H (УЗИ): Ультразвуковые изображения сухожилий через 4 недели (A, C, E, G) и 8 недель (B, D, F, H) после лечения. Стрелки указывают на области регенерации ткани. Группа
"Micro-tissue group" (G и H) показывает наилучшие результаты с более
плотной и однородной структурой ткани, что свидетельствует о качественном
восстановлении по сравнению с другими группами.

Эти результаты подтверждают, что метод с использованием внеклеточного
матрикса и жировых стволовых клеток (Micro-tissue group) способствует улучшению
структуры и плотности регенерированной ткани, что делает его более эффективным
в сравнении с другими методами.

Применение ВКМ для восстановления крестообразных связок

ВКМ создаёт структуру, которая имитирует естественный каркас связок, поддерживая рост и
дифференциацию клеток. Это особенно важно для восстановления ПКС, поскольку ВКМ
не только поддерживает рост клеток, но и стимулирует их к образованию тканей,
схожих по структуре и функциям с исходной связкой. В рамках исследований ВКМ
используется в сочетании с:

Стволовыми клетками: Чаще всего это мезенхимальные
стволовые клетки (МСК), которые могут дифференцироваться в клетки
связочной ткани. Их вводят в повреждённую область вместе с ВКМ, где они
заполняют структуру матрикса и способствуют восстановлению связки.

Факторами роста: ВКМ иногда обогащается
факторами роста, такими как TGF-β (трансформирующий фактор роста бета) и
VEGF (сосудистый эндотелиальный фактор роста), которые дополнительно
стимулируют рост тканей и улучшают васкуляризацию, что необходимо для
заживления связок.

Текущие исследования и их результаты

Животные модели: В ряде исследований методика
ВКМ тестируется на животных моделях, таких как свиньи и кролики, у которых
структура и функции крестообразных связок сходны с человеческими. В этих
экспериментах повреждённые ПКС восстанавливаются с помощью ВКМ и стволовых
клеток, что приводит к улучшению прочности связки и её способности
выдерживать нагрузки. По результатам таких исследований видно, что через
несколько месяцев после операции восстановленная ткань становится более
прочной и эластичной.

Клинические испытания: Некоторые клинические
исследования уже начаты в Европе, в частности в Германии и Швейцарии. Эти
испытания направлены на проверку эффективности ВКМ для восстановления
крестообразных связок у пациентов, перенёсших травмы колена. Пациенты
проходят регулярное наблюдение, включая МРТ и ультразвуковые исследования,
для оценки состояния восстановленных связок. Предварительные результаты
показывают, что у многих пациентов наблюдается улучшение подвижности и
снижение болевого синдрома.

Биопечать и кастомизация ВКМ: В новейших исследованиях
учёные работают над созданием персонализированных ВКМ с использованием
3D-биопечати. Это позволяет подгонять структуру матрикса под
индивидуальные особенности пациента, что повышает эффективность
восстановления связок. Например, в Германии Fraunhofer Institute
разрабатывает био-чернила, содержащие клетки и гидрогели, которые можно
использовать для печати структур, точно повторяющих анатомию связки.

Преимущества и перспективы

Использование ВКМ для восстановления крестообразных связок колена имеет несколько важных преимуществ:

Улучшение заживления: ВКМ создаёт подходящую среду
для роста клеток и поддерживает процесс регенерации, что приводит к более
прочному и функциональному восстановлению связки.

Снижение воспаления: Биоматериал ВКМ обладает низкой иммуногенностью, что снижает риск воспаления и отторжения.

Поддержание естественной структуры: В отличие от синтетических имплантов, ВКМ со стволовыми клетками может формировать ткани, похожие на натуральные связки.

Текущие ограничения

Несмотря на перспективность метода, всё ещё существуют некоторые ограничения, которые
учёные пытаются преодолеть:

Необходимость точного контроля за интеграцией клеток и их дифференциацией в ткани связок.

Длительный период заживления, поскольку регенерация связок занимает больше времени, чем у мышц или кожи.

Ограниченная доступность методов в клинической практике, так как требуются специализированные лаборатории и оборудование.

Заключение

Исследования на крестообразных связках колена с использованием ВКМ дают обнадёживающие результаты, и, вероятно, в ближайшие годы этот метод может стать стандартом для восстановления сложных повреждений связок. Широкое применение этой технологии, особенно в сочетании с персонализированной биопечатью, имеет потенциал для
значительного улучшения качества жизни пациентов, избавляя их от необходимости
полного протезирования или долгосрочного восстановления после традиционных операций.

https://translated.turbopages.org/proxy_u/en-ru.ru.6c0736d0-672a0890-f3f31182-74722d776562/https/josr-online.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13018-024-04863-0

Гигантских крыс предложили привлечь к борьбе с контрабандой образцов дикой природы

Распространенные в Африке гигантские хомяковые крысы обладают острым обонянием, что ранее позволило использовать их для обнаружения взрывных устройств и возбудителя туберкулеза. Теперь международная группа исследователей показала, что грызунов вида Cricetomys ansorgei можно натренировать улавливать запахи чешуи панголина, слоновой кости, рога носорога и африканского черного дерева. Эти ресурсы дикой природы часто становятся предметом контрабанды.

Африканских хомяковых крыс Cricetomys ansorgei, обученных выявлению контрабанды, планируют одевать в специально изготовленные жилеты с шариком в области груди. Потянув за него при обнаружении цели, животные смогут оповещать дрессировщика

Эксперимент по проверке такой возможности провели в исследовательском центре некоммерческой организации APOPO со штаб-квартирой в Танзании, которая специализируется на дрессировке хомяковых крыс.

Ранее одно из животных, прошедших подобное обучение — самца по кличке Магава, — наградили золотой медалью PDSA за работу по разминированию в Камбодже. За свою жизнь эта хомяковая крыса-сапер отыскала более 100 мин и других неразорвавшихся боеприпасов. В 2022 году в APOPO сообщили о смерти животного в преклонном возрасте восьми лет.

В новом проекте задействовали 11 хомяковых крыс Cricetomys ansorgei, но к его завершению три особи выбыли из-за болезни и смерти. Обучение включало несколько этапов, во время которых грызунов с помощью поощрений тренировали распознавать и запоминать целевые запахи, а также отличать их от посторонних.

Сначала животные выучили запах чешуи панголина (Manis spp.) и находящегося под угрозой исчезновения африканского растения Dalbergia melanoxylon, чья древесина высоко ценится. Затем грызунов натренировали обнаруживать рог носорога и слоновые бивни. В финале эксперимента семеро испытуемых сумели верно выявить все четыре целевых образца среди 146 других объектов.

Как утверждают авторы научной работы, которую недавно опубликовал журнал Frontiers in Conservation Science, обученные хомяковые крысы успешно находили потенциальные контрабандные объекты, даже когда их пытались скрыть среди ложных целей. Также животные справились с заданием после продолжительного перерыва в контакте с образцами.

По словам ученых, полученные в эксперименте результаты заложили основу для более масштабного обучения хомяковых крыс обнаружению контрабанды по запаху. Среди основных преимуществ Cricetomys ansorgei специалисты отметили небольшие размеры и чуткий нюх, низкие затраты на подготовку и содержание, способность работать с разными дрессировщиками и длительный срок жизни.

Все перечисленное позволит этим животным стать экономически эффективным инструментом по борьбе с незаконной торговлей ресурсами дикой природы, считают исследователи.

Далее ученые планируют проработать возможность задействовать обученных крыс в морских портах, через которые могут переправлять грузы с контрабандой. Для этого грызунов предполагают одеть в специально изготовленные жилеты с прикрепленным в области груди шариком, издающим звуковой сигнал. Потянув за него при обнаружении цели, хомяковые крысы смогут оповещать дрессировщика.

Статья спизжена отсюда

Две американки в общей сложности представили уже 10 новых решений 2000-летней теоремы.

Две студентки, Не'Кия Джексон и Кальсеа Джонсон из Луизианы, в 2022 году придумали "невозможное" доказательство теоремы Пифагора. Впоследствии нашли еще 9 ее решений.

В общем молодым математикам удалось получить 10 доказательств теоремы Пифагора.

Джексон и Джонсон – третья и четвертая в списке тех, которые доказали теорему Пифагора с помощью тригонометрии, без круговых рассуждений. Известно, что двое предыдущих были профессиональными математиками. Круговое рассуждение – это когда рассуждение начинают с того, чем планируют закончить.

Теперь исследователи могут открыть "большую коллекцию новых доказательств теоремы Пифагора", уверяют молодые математики.

Джексон и Джонсон удалось доказать теорему, используя результат тригонометрии, который называют Законом синусов, избегая круговых рассуждений.

Физики проследили фазовый переход магии в квантовой системе

То, насколько классический компьютер сможет воссоздать определенное квантовое состояние, описывается свойством под названием «магия». Ученые из США выяснили, существует ли резкий переход между состоянием «можем обойтись обычным компьютером» и «подойдет только квантовый».

Квантовый компьютер, на котором проводились эксперименты

Стабилизаторные состояния — класс квантовых состояний, поддающийся эффективному моделированию на классических компьютерах. Свойство «магии» в квантовой механике — характеристика квантовых состояний, описывающая степень их отклонения от стабилизаторных состояний.

Магия делает квантовые состояния трудными для моделирования, но в то же время необходима для реализации универсальных и устойчивых к ошибкам квантовых вычислений. Понимание отвечающих за это свойств механизмов значительно улучшит характеристики квантовых компьютеров.

Авторы нового исследования ранее опубликовали статью, в которой показали существование фазового перехода в запутанности системы. Они выявили, что в зависимости от частоты измерений фазовое состояние квантовой системы может сохранять или разрушать запутанность.

«Суперпозиции и запутанности оказывается недостаточно, чтобы сделать квантовые компьютеры более мощными, чем классические. Чтобы достичь преимущества, необходим еще один компонент — магия, или отклонение от стабилизаторного состояния. Если в квантовой системе нет магии, ее можно смоделировать на классическом компьютере, но это делает квантовый компьютер избыточным. Лишь при наличии значительного количества магии можно превзойти возможности классического компьютера», — объяснил Прадип Нироула (Pradeep Niroula), первый автор новой научной работы.

Квантовый вентиль, родственник логического вентиля в классических компьютерах, воздействует на кубиты и стремится создавать запутанность между ними, тогда как измерение одного из этих кубитов разрушает ее. Если добавить в квантовую схему несколько вентилей, можно проводить измерения в случайных местах и контролировать распределение запутанности в системе.

Ученые знают, что при малом количестве измерений вся квантовая система оказывается запутанной. Напротив, при слишком частых измерениях запутанность подавляется. Если же постепенно увеличивать частоту измерений, запутанность резко совершает фазовый переход от высокой к почти нулевой.

На этот раз ученые исследовали, существует ли фазовый переход в магии. Им удалось показать, что код, предназначенный для защиты квантовой информации от ошибок, с точки зрения магии демонстрирует явный фазовый переход из состояния «есть магия» в состояние «нет магии» без промежуточных этапов. Исследование опубликовано в журнале Nature Physics.

Вид на квантовый компьютер сбоку

Измерения также уничтожают магию, но для ее контролируемого добавления в систему необходимо выполнять малые изменения состояния кубитов. Изменения квантового состояния кубита называют поворотом, потому что оно теоретически описывается в трехмерной системе координат.

Физики использовали схему управления магией в случайном стабилизаторном коде через когерентные ошибки. Такие ошибки предсказуемы, постоянны и являются последствием эволюции квантовых состояний.

В эксперименте измерения в некоторых случаях уничтожали магию, возвращая состояния к стабилизаторным, а иногда оставляли магию неизменной. Конкурирующими силами в квантовых компьютерах оказались «количество измерений» и «угол вращения кубитов».

Ученые обнаружили, что при фиксированной скорости проведения измерений можно изменить угол вращения и перейти из фазы с высокой концентрацией магии в фазу без нее вообще. Авторы научной работы провели серию численных симуляций и показали, что фазовый переход магии действительно происходит, а затем проверили эту гипотезу экспериментально, используя реальные квантовые схемы. Эксперименты подтвердили симуляции.

«Мы наблюдали признак фазового перехода даже на фоне шума в системе. Наша работа открывает фазовый переход в магии. В прошлых исследованиях уже были обнаружены другие переходы в запутанности и зарядах, что поднимает вопрос: могут ли и другие ресурсы демонстрировать аналогичные переходы? Относятся ли они к какому-то универсальному типу переходов? Можем ли мы применить это знание для создания устойчивых к помехам квантовых компьютеров?» — отметил Неурула.

Наличие перехода может указывать на существование более общей теории, применимой к разным квантовым свойствам.

Статья спизжена отсюда

Зоологи неделю «спаивали» шершней, чтобы проверить их устойчивость к алкоголю

Израильские ученые установили, что восточные шершни (Vespa orientalis), распространенные на большей части Азии, Африки и Европы, исключительно устойчивы к этанолу. Эксперименты показали, что эти насекомые способны без негативных последствий выдерживать концентрацию спирта, высокотоксичную для большинства остальных животных.

Восточный шершень (Vespa orientalis)

В природе зрелые фрукты и другие растительные продукты могут образовывать спирт в процессе естественной ферментации или гниения. Поскольку такая пища очень питательна (калорийность этанола почти вдвое выше, чем у сахара), это привлекает к ней многих животных. Однако из-за токсичности алкоголя обилие подобной еды может навредить. Если концентрация этанола превышает 4%, отрицательные эффекты проявляются даже у видов, привычных к небольшому количеству спирта в пище, а более высокие значения чреваты смертью.

Однако зоологи из Тель-Авивского университета недавно выявили исключение из этого правила. В лабораторных экспериментах ученые на протяжении недели давали шершням Vespa orientalis сладкие растворы с разным содержанием этанола. Насекомые не пострадали, даже когда крепость достигла 80%. Статья об этом недавно вышла в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Исследователи начинали опыты с более низкого предела в 20%. Это максимальное значение, возможное при брожении натуральных дрожжей — микроскопических грибов, естественно обитающих на поверхности разных фруктов, ягод и цветов. Не увидев негативных реакций, ученые стали повышать содержание спирта, чтобы определить наивысшую концентрацию, которую способны переносить восточные шершни. В итоге ее довели до 80%.

Хотя после такой «трапезы» шершни какое-то время не могли нормально летать и передвигаться, а некоторых особей заметили лежащими на спине, вскоре насекомые пришли в себя. Переработав этанол, они как ни в чем не бывало продолжили строить гнездо. Исследователей это поразило, поскольку подобный эксперимент с медоносными пчелами привел к их гибели в течение 24 часов.

По мнению ученых, необычайная стойкость восточных шершней к спирту объясняется высокой скоростью метаболизма этанола в их организме, которую, вероятно, обеспечивает наличие у представителей рода Vespa нескольких копий генов, отвечающих за расщепление алкоголя (алкогольдегидрогеназы, НАДФ+).

Эта особенность могла развиться в процессе эволюции — в результате мутуалистических, то есть взаимовыгодных, отношений с натуральными дрожжами Saccharomyces cerevisiae, которые встречаются в природе, а также применяются в хлебопечении и производстве спиртного. Из прошлых исследований известно, что эти микроскопические грибы, не переносящие холод, зимуют и размножаются в кишечнике общественных ос, к которым принадлежат и шершни. В качестве «ответной услуги» дрожжи обеспечивают насекомых энергией, сбраживая фрукты и нектар, которыми те питаются. Чтобы выдерживать эту нагрузку, шершни, видимо, приобрели дополнительные гены, обеспечивающие устойчивость к алкоголю.

Авторы новой научной работы отметили, что их эксперимент и другие подобные исследования важны, поскольку расширяют знания о природе толерантности к этанолу. С их помощью ученые смогут лучше понять механизмы расстройств, связанных с употреблением алкоголя, и найти новые методы их лечения.

Статья спизжена отсюда

Первое изображение из симуляции черной дыры, расчеты которой осуществлялись на карточном компьютере IBM 7040. Результат вычислений был изображен вручную французским астрофизиком Жан-Пьером Люмине в 1978 году.

Муравьиная матка «переработала» больное потомство

Если муравьиная матка замечает у личинок признаки болезни, то не «выхаживает» потомство, а съедает. Как такой каннибализм помогает появлению здоровых муравьев, выяснили ученые из Великобритании.

Матка черного садового муравья съедает личинок

Муравьи — насекомые, которым свойствен ряд интересных для науки особенностей. Например, считается, что они стали социальными и научились общаться с помощью феромонов (ароматических соединений) больше 100 миллионов лет назад. Кроме того, они приспособились строить гнезда так, чтобы не заражаться смертельными болезнями от сородичей.

Специалисты из Оксфордского университета в Великобритании обнаружили еще один механизм, защищающий муравьев от инфекций. Они заметили, что матка съедает заболевающих личинок, а полученную энергию направляет на создание здорового потомства. Статья с соответствующими выводами появилась в научном журнале Current Biology.

Авторы публикации провели эксперимент с участием маток черного садового муравья (Lasius niger). Самкам «подбросили» личинок, которые были заражены грибковой инфекцией — смертельной, но пока не передающейся другим. В итоге матки уничтожили 92% инфицированных личинок и только 6% здоровых — относящихся к контрольной группе.

Матки по-разному вели себя с инфицированными, но не заразными, потенциально заразными и здоровыми личинками

Матки начинали поедать личинок, как только замечали первые признаки болезни. На уничтожение нездорового потомства уходило несколько часов. При этом сами матки не заражались — вероятно, они защищали себя, проглатывая антимикробный яд, который вырабатывает специальная железа на брюшке.

Ученые сравнили плодовитость самок, которые поедали зараженных личинок, и маток из контрольной группы. Оказалось, что «гигиенический каннибализм» позволил откладывать на 55% больше яиц, используя для размножения питательные вещества, полученные от проглоченного потомства.

«Матки, которые производят больше всего рабочих особей, имеют наилучшие шансы на выживание, поэтому возможность поедать и перерабатывать зараженных личинок обратно в потомство означает, что ценные ресурсы не будут потрачены впустую», — пояснили исследователи.

Важно, что личинок, болезнь которых приближалась к инфекционной стадии и которые могли стать заразными, матки не пытались съесть. Самки опрыскивали потенциально опасных личинок выработанным антимикробным ядом, но в 80% случаев все равно заболевали и умирали. Эксперимент показал, что действовать необходимо как можно раньше, и матки стараются следовать этому правилу.

«Гигиенический каннибализм» зафиксировали только у маток — взрослым рабочим муравьям такое поведение свойственно не было. Вероятно, дело в том, что рабочие муравьи могут вынести зараженных личинок из гнезда, а матки гнездо не покидают и вынуждены защищаться от болезней по-другому.

Статья спизжена отсюда

В решении задачи трех тел обнаружили «островки закономерности»

Когда в космическом пространстве три массивных тела воздействуют друг на друга через силы взаимного гравитационного притяжения, их движение становится непредсказуемым. Многие ученые пытались описать движение трех тел в одной системе и таким образом найти решение задачи, применимое для любых начальных условий объектов. Однако все было безуспешно. Теперь международная команда математиков и физиков провела тысячи моделирований задачи трех тел и выяснила, что среди множества ее решений есть и те, которые заключают в себе «островки закономерности», где объекты начинают вести себя предсказуемо.

Международная команда математиков и физиков под руководством Алессандро Трани (Alessandro Trani) из Института Нильса Бора (Дания) использовала суперкомпьютер для численного моделирования задачи трех тел и обнаружила в хаосе движения этих объектов пробелы — «островки закономерности». Эти «островки» показали, где объекты ведут себя предсказуемо и подчиняются определенным правилам: траектория их орбит напрямую зависит от того, как три объекта расположены друг относительно друга в момент сближения, а также от их скорости и угла сближения. Об исследовании рассказывается в пресс-релизе, опубликованном на сайте института.

Трани и его коллеги создали программу Tsunami, которая перебирала миллионы возможных комбинаций взаимодействия трех тел в системе, рассчитывала траекторию их движения, используя теорию общей относительности Эйнштейна и законы Ньютона. Эта программа предполагала использование статистического метода и наличие специальной карты, на которой каждая точка соответствовала конкретному набору начальных условий.

Затем каждой точке ученые присвоили свой цвет в зависимости от того, какой из трех объектов в итоге «выбрасывается» из системы в результате взаимодействия (в большинстве случаев — объект с наименьшей массой).

Если бы движения объектов в системе были случайными, то есть сама задача предполагала хаотичность, цвета на карте перемешались бы случайным образом. Однако в своем исследовании такой картины ученые не наблюдали. Они обнаружили на карте области, окрашенные в один цвет. По словам исследователей, эти области и есть «островки закономерности»: там начальные условия предопределяют дальнейшую эволюцию системы.

"Миллионы симуляций формируют грубую карту всех мыслимых результатов, когда встречаются три объекта, как огромный гобелен, сотканный из нитей начальных конфигураций. Именно здесь появляются острова закономерности"

Авторы работы посчитали, что на этих «островках» движение объектов подчиняется строгим математическим закономерностям, оно упорядоченно и предсказуемо. Это, в свою очередь, указывает на существование общего решения задачи трех тел.

Однако «островки закономерности», обнаруженные командой Трани в решении задачи трех тел, могут представлять проблему для исследователей. Дело в том, что этот подход хорошо вычисляет хаотичные траектории движения тел, но плохо работает, когда дело касается «закономерных» траекторий.

«Когда некоторые области на карте, предполагающие хаотичное движение объектов, внезапно переходили в фазу закономерного движения, наши статистические расчеты для этой фазы нарушались, что приводило к неточным предсказаниям. Теперь наша цель — научиться сочетать статистические методы с численными, чтобы обеспечить высокую точность предсказания, когда система начинает становится более закономерной», — пояснил Трани.

Открытые «островки закономерности» — важный шаг на пути к общему решению задачи трех тел. Исследователям еще предстоит провести серию компьютерных экспериментов, чтобы детально изучить свойства «островков» и понять механику их образования, а также оценить влияние на эволюцию системы.

В космосе наличие систем, состоящих из трех объектов, не редкость. Поэтому решение задачи трех тел — не просто теоретический вызов, а возможность постичь тайны Вселенной.

Статья спизжена отсюда