Av  Klas Pettersen. Jobber med hjerneforskning ved Letten Centre og GliaLab, Universitetet i Oslo. 

Da Lord Cable for første gang knyttet Storbritannia og Amerika sammen i 1958 sendte Dronning Victoria og president James Buchanan hver sin melding og gratulerte hverandre med dette nye vidunderet.

Før 1858 måtte man bruke skip for å kommunisere mellom Europa og Amerika, og det tok omtrent 10 dager å få overbrakt en beskjed mellom kontinentene.

Samme år ble den gamle og nye verden for første gang knyttet sammen med en telekabel lagt langs Atlanterhavets havbunn. En av pionerene som fikk realisert den transatlantiske telekabelen var Lord Kelvin. 

Ikke bare satt han i styret i Atlantic Telegraph Company, firmaet som la denne over 3000 kilometer lange kabelen, han utviklet også mye av utstyret som ble brukt og de matematiske ligningene som beskrev strøm og spenning i en slik kabel.

I dag brukes Kelvins ligninger for å forstå en enda mer fundamental form for kommunikasjon: Hjernecellers aktivitet.

Lordens bakgrunn

Han ble født som William Thomson i Belfast i 1824, og han er kanskje aller mest kjent for sine teorier innenfor termodynamikk, som i 1892 gjorde at han fikk tittelen Baron of Largs in the County of Ayr.

Siden det allerede fantes en Lord Thomson så måtte William Thomson bytte navn da han ble adlet. Historien skal ha det til at han var så stolt av sitt arbeide med den transatlantiske telekabelen og ligningene som beskrev dens fysikk at han sterkt vurderte å kalle seg Lord Cable.

Dessverre ble ikke det noe av, og han har i stedet blitt kjent som Lord Kelvin, et navn han tok etter elven Kelvin som rant forbi laboratoriet hans i Glasgow.

I ettertid assosieres navnet hans med temperaturskalaen han fikk oppkalt etter seg, og få er klar over hans arbeid for å tilrettelegge for kommunikasjon på tvers av kontinentene.

Thomson og Whitehouse

Historien om den transatlantiske telekabelen var ikke utelukkende en suksesshistorie. Allerede før man forsøkte å legge første kabel var det disputter mellom William Thomson og Wildman Whitehouse, sjefsingeniøren i Atlantic Telegraph Company.

Thomson hadde brukt sin bakgrunn innen fysikk blant annet til å regne ut at det ville ta tid å sende signaler over en så lang kabel: ”If a cable 200 miles long showed a retardation of one-tenth of a second, one of similar thickness that was 2000 miles long would have a retardation 100 times as great, or ten seconds.”

Whitehouse, som var utdannet lege og var selvlært innenfor ingeniørfaget, stolte ikke på Thomsons utregninger. Whitehouse ble såpass indignert av Thomsons utregninger at han uttalte at kabelen i så fall ville være både praktisk og kommersielt umulig å gjennomføre.

Men heldigvis viste Thomsons utregninger også at det var en løsning på problemet. Hvis man senket motstanden i kabelen ved å bruke det reneste kopperet, ville signalet likevel gå relativt raskt over Atlanteren, slik at det var mulig å sende bokstaver med en frekvens på én bokstav per 3,5 sekunder.

Whitehouse, som var vitenskapelig leder for prosjektet, valgte å overse Thomsons innvendinger, men på bakgrunn av sine beregninger ble Thomson likevel valgt inn som styremedlem i Atlantic Telegraph Company i desember 1856.

Utfordringer og ingeniørkunst

Første forsøk på å strekke kabelen over Atlanterhavet endte da kabelen knakk etter 610 kilometer. Thomson fulgte igjen opp med sin brilliante matematiske tilnærmingsmetode og regnet ut kreftene som rev og slet i kabelen under en slik legging, han regnet ut hvilken bane kabelen ville følge under vann og vinkelen den ville treffe havbunnen med ved en gitt utleggingshastighet.

Han utviklet også en mottaker som var følsom nok til å motta de svake signalene han hadde beregnet at kabelen ville gi, en mottaker som kunne erstatte Whitehouse apparatur.

Whitehouse fortsatte å overse Thomsons innvendinger, men styret lyttet til Thomson og i neste forsøk, i 1858, la de kabelen slik Thompson foreslo og med den kopperrenhet som Thomson anbefalte.

Etter mange strabaser lå endelig den første kabelen ferdig over Atlanteren 5. august 1858.

Transatlantisk kommunikasjon

Kabelen knyttet nå de to kontinentene sammen og den første beskjeden ble sendt mellom den gamle og den nye verden, hvorpå Dronning Victoria og president James Buchanan sendte hver sin melding og gratulerte hverandre med dette nye vidunderet.

President Buchanans skrev: ”May the Atlantic telegraph … prove to be … an instrument destined by Divine Providence to diffuse religion, civilization, liberty, and law throughout the world.”

Gleden var imidlertid kortvarig. På vestsiden av kabelen satt Thomson og på østsiden satt Whitehouse. Whitehouse insisterte på å bruke sin sender og mottaker og han insisterte på at signalet skulle sendes med en styrke på 2000 volt, noe som resulterte i at kabelen ble svidd av.

Allerede i september var det umulig å sende signaler gjennom kabelen. Pressen slaktet prosjektet, konspirasjonsteorier om at kabelen aldri hadde eksistert florerte, og selv fremtredende forskere gjorde narr av Thomson og Whitehouse.

James Clerk Maxwell, en annen av historiens største fysikere, diktet til og med en sangtekst om dette feilslåtte prosjektet. I ”The Song of the Atlantic Telegraph Company”, skriver han blant annet: ”No little signals are coming to me; Under the sea; Under the sea;” Men sangen ender optimistisk: “For we’ll twine, twine, twine; And spin a new cable, and try it again; And settle our bargains of cotton and grain; With a line, line, line,— A line that will never go wrong.”

Om Thomson ble inspirert av sangen vites ei. Whitehouse fikk sparken og med Thomson ved roret ble de to kontinentene igjen knyttet sammen i 1866, og vi har vært sammenknyttet siden. Thomson og andre ledere for prosjektet ble slått til riddere 10. november 1866.

Hjernecellers kommunikasjon

Lord Kelvin var en tusenkunstner. Ikke bare var han en fantastisk fysiker og matematiker, han var også en praktisk anlagt ingeniør som stadig oppfant apparatur for å løse praktiske problemer.

For de fleste vil han bli husket som Lord Kelvin, og assosiert med temperatur og termodynamikk. For meg vil han for alltid være Lord Cable, mannen som gjorde transatlantisk telekommunikasjon mulig og som også, helt utilsiktet, la grunnlaget for å kunne forstå hvordan hjernens mikroskopiske kabler fungerer.

Hadde han levd nå ville han garantert brukt sine ligninger til å studere dette universets mest spennende og komplekse organ, sjelens bosted: hjernen.

——————————-

17.-28. September arrangeres Forskningsdagene med kommunikasjon  som tema.Det vil holdes arrangementer over hele landet, se oversikt.Forskningstorget arrangeres på Universitetsplassen i Oslo 19.-20. september, med spennende aktiviteter både for barn og voksne.Letten Centre og GliaLab vil ha fremvisning og aktiviteter ved Forskningstorgets bod nr. 31 (Det medisinske fakultet) på Universitetsplassen.

Korallrev er komplekse samfunn. Der lever mange ulike arter, som spesialiserer seg på ulike typer levesett. Levesettet innebærer også vedlikeholdsarbeid på revet. Det holder økosystemet i balanse.

Nå har forskere studert mer enn seks tusen fiskearter som lever på 169 ulike korallrev verden rundt, og funnet ut hvilken jobb de gjør.

Det viser seg at mange av dem er alene om yrket sitt.

Korallrevet er som en stor by med mange innbyggere, men bare én lege, uttaler en av forskerne bak, David Bellwood ved James Cook University i Australia, i en pressemelding.

Viktig papegøyefisk

For eksempel er det bare papegøyefisken som driver med jevnlig rengjøring av korallrevene nær land på Great Barrier Reef i Australia.

– Denne papegøyefisken er en særlig verdifull art, sier Bellwood.

Papegøyefisken har også tidligere blitt tillagt en viktig rolle for å redde korallrevene.

Den er et beitedyr som lever av algene på korallrevet. Algene må beites, ellers vokser de så fort at korallene blir kvalt.

Det holder ikke at det er et mangfold av arter, for antallet arter varierer fra rev til rev.

Det er viktig hvilke arter som er der, forklarer forsker Bellwood.

Overfiske

Mange har trodd at andre fisk kan ta over oppgavene dersom én fisketype forsvinner. Men den nye studien finner at det ikke nødvendigvis er slik at flere arter har samme oppgave, selv om det er mange arter på et rev. Blant tusenvis av arter, er det noen ganger bare én art som ivaretar en oppgave.

Forskerne bak frykter at det ikke vil være noen som stepper inn og overtar oppgavene, og at revene dermed kan dø ut dersom denne ene fiskearten forsvinner.

– For å beskytte økosystemene, må vi sikre at spesifikke jobber blir ivaretatt. Det betyr at vi må beskytte fisken som gjør jobben, sier Bellwood.

Andre forskere som har studert korallrevene i Karibien har pekt på at de sunneste revene har levedyktige bestander av papegøyefisk.

Papegøyefisk har blitt overfisket gjennom hele det siste århundret, og er nesten borte i noen områder, ifølge en rapport fra Verdens naturvernunion (IUCN), Global Coral Reef Monitoring Network (GCRMN) og FNs miljøprogram.

Referanse:

Mouillot, D., m.fl.: Functional over-redundancy and high functional vulnerability in global fish faunas on tropical reefs. PNAS Early edition, 15. September 2014.

Det er en detaljert beskrivelse av kongens død i slaget ved Bosworth i Midt-England i 1485 som legges fram i rapporten: Én eller flere gjerningsmenn hogget bort deler av Richard IIIs hodeskalle og stakk sverd eller øks inn i den engelske monarkens hjerne før han trakk sitt siste sukk.

Det ble en verdenssensasjon da Richard IIIs levninger i fjor ble funnet under en parkeringsplass i engelske Leicester. Rapporten fra forskerne ved University of Leicester støtter opp under historiske antakelser, som blant annet Shakespeare har skrevet om i sine skuespill om kongen.

– Den tyder på at Richard forlot hesten sin da den satt seg fast i gjørma og ble drept i strid mot fiendene, sier patolog Guy Rutty.

Studien, som er publisert i tidsskriftet The Lancet, viser totalt elleve skader på monarkens levninger, ni av dem i hodet.

– Det er mest sannsynlig at kongens død ble forårsaket av de to skadene på nedre del av hodeskallen – et stort, rent stikk muligens utført med et sverd eller et øksevåpen – og en dyp skade fra et stikkvåpen, sier Rutty.

Mannen som beseiret Richard i Bosworth, var Henrik av huset Tudor, senere kong Henrik VII, far til Henrik VIII – han med de seks konene – og bestefar til den bejublede jomfrudronningen Elizabeth I.

I Norge i dag er det en forholdsvis liten gruppe på rundt 730 nordmenn som er blitt så gamle at man kan rope hundre ganger hurra. Men levealderen går oppover, og særlig vokser gruppen av de eldste eldre. I 2100 vil det være 12 500 hundreåringer her i landet. Det er 17 ganger så mange som i dag.

Tallene går fram av «Helse hos eldre i Norge», et tilleggskapittel til Folkehelserapporten 2014, som legges fram onsdag.

Økningen skyldes først og fremst at de eldste lever lenger. Levealderen vil stige både for menn og kvinner, men mest for menn. I løpet av de neste tiårene vil menns forventede levealder nesten ta igjen kvinnene.

Store variasjoner

Forskerne har sett på den demografiske utviklingen, men også på hvordan de eldre har det.

– Antall eldre øker og levealderen øker. Vi er opptatt av hvordan det er med de eldre. Er de friskere og raskere i dag enn tidligere, sier seniorforsker Bjørn Heine Strand ved Folkehelseinstituttet.

Forskerne har ikke funnet noe entydig svar. Noen studier tyder på at eldre blir sprekere og friskere. Flere klarer seg selv, handler og kommer seg rundt i hverdagen. Andre studier viser til en forverring i selvopplevd helse.

Den sterke økningen i levealder vi har sett de siste tiårene skyldes særlig at færre dør av sirkulasjonssykdommer som hjerte- og karsykdom. Vi har hatt medisinske og teknologiske fremskritt. Samtidig har folk fått bedre helse, og det er knyttet til risikofaktorer som røyking, blodtrykk og kolesterol.

– Man ser det er stor variasjon mellom personer i gruppen over 80. Det å forebygge sykdom og funksjonssvikt, er mulig, sier Strand.

Påvirker folkehelse

Når det blir flere eldre, får det konsekvenser for folkehelsen. For eksempel er risikoen for å utvikle en infeksjon som må behandles med antibiotika, relativt høy. Det er beregnet at antibiotikabruk ved sykehjem utgjør 6 prosent av totalbruket i Norge, til tross for at under 40 000 personer bor i slike institusjoner.

Bruddskader er en annen stor kategori som rammer de eldste. Norges forekomst av bruddskader er blant de høyeste i verden. En typisk skade er eldre person som faller hjemme og får hoftebrudd, en alvorlig skade. Av de eldre kvinnene som pådro seg hoftebrudd i 2008, var en firedel døde innen ett år.

Vær fysisk aktiv

Økningen i levealder er en utfordring for samfunnet på også andre måter.

I 2012 var det om lag fem personer i arbeidsfør alder for hver pensjonist. Tallet vil synke til 2,1 i 2100. Verken innvandring eller endringer i fruktbarheten kan endre disse utsiktene i noen særlig grad.

– Det er helt nøkterne, demografiske beregninger, sier seniorforskeren.

Noe av det viktigste samfunnet kan gjøre, er å sørge for at eldre holder seg friske og spreke så lenge som mulig. Det gjelder å være aktiv både med hodet og kroppen. Spise sunt. Være sosial.

– Hvis vi skal løfte fram én ting, er det fysisk aktivitet. Vi ser det også blant eldre at det aldri er for sent å begynne å trene. Selv i gruppen som er eldre enn 80 år, sier Strand.

Regjeringen er i gang med arbeidet med en stortingsmelding om folkehelse, som skal legges fram neste år.

Nye værsatellitter skal gjøre det lettere å varsle tropiske stormer.

Værsatellitten CYGNSS skal skytes opp i 2016, og nå bygges og testes den første satellitt-prototypen på Southwest Research Institute i San Antonio i Texas.

CYGNSS står for Cyclone Global Navigation Satellite System, og består faktisk av åtte små satellitter som skytes opp på en gang.

Når satellittene først er oppe i verdensrommet, skal de sendes ut i hver sin retning, og gå i bane rundt planeten for å måle vindhastighetene dypt inne i tropiske sykloner.

– Vi skal bruke lærdommene fra prototypen for å bygge åtte like observatorier til neste år, sier Chris Ruf i en pressemelding, leder for CYGNSS-programmet ved universitetet i Michigan.

Se hvordan satellittene skal sendes opp i videoen:

Vanskelig å melde stormstyrke

Forskerne bak prosjektet viser til at metodene for å forutsi hvor en tyfon kommer til å bevege seg har blitt mye bedre de siste 20-30 årene. Problemet er at meteorologene har mye større problemer med å varsle stormens intensitet og styrke.

I en video publisert på sidene til universitetet i Michigan, bruker forskerne Katrina som eksempel. Da orkanen Katrina traff New Orleans i 2005, ble den en av de dødeligste orkanene i USAs historie.

Tyfonen bevegde seg nesten akkurat som meteorologene forutsa, men forskerne ved universitetet i Michigan hevder at værmeldingen bommet stygt på intensiteten.

Blant annet var stormfloen mye høyere enn det værvarslingen meldte.

Stormflo er store vannmasser som blir dyttet foran stormen, og lager en bølge som kan skylle langt inn på land. Et stort stormsystem er et lavtrykk, som driver havmasser foran stormen. Når man i tillegg har kraftige vinder og tidevanneffekter, kan det bli en stormflo. I New Orleans ble den høy nok til å gå over vollene som skulle beskytte byen.

Se orkanenene Iselle og Julio fra den internasjonale romstasjonen i videoen:

GPS-signaler

En av grunnene til at det er vanskelig å forutsi intensiteten, er at man ikke vet så mye om hvordan selve midten av tyfonen, stormøyet, ser ut. Dette området er ofte dekket av store mengder nedbør, og vanlige sensorer har problemer med å plukke opp hva som skjer der inne.

CYGNSS skal løse dette problemet ved å bruke GPS-signaler.

GPS-signaler er mikrobølger som sendes ut fra GPS-satellittene som går i bane rundt jorda, de samme satellittene som gir oss posisjonsdata til mobiltelefonene våre.

Mikrobølgene blir også reflektert av havet, skyer og andre objekter, og spretter rundt etter refleksjonen.

CYGNSS-satellittene skal bruke disse refleksjonene for å lage et detaljert bilde av hva som skjer inne i tyfonene. Mikrobølgene lar seg ikke stoppe av regn eller andre forstyrrende elementer i stormen, og ved å se på forstyrrelser i de reflekterte signalene, kan man regne ut vindhastigheten og overflateforhold på havet.

De åtte små satellittene skal kunne dekke større områder av havet på en raskere måte enn en stor satellitt kan gjøre, ifølge nettsiden for prosjektet.

Forskerne håper vi kommer til å få en større forståelse av tropiske stormer, tyfoner og orkaner etter at CYGNSS blir skutt opp i 2016.

Referanse:

NASA – om CYGNSS

CYGNSS-hjemmesidene

Storm surge – Met office

På søndag strømmet svenskene til valgurnene. Kanskje stemte noen av dem av grunner de ikke kunne forestilt seg. Hvor politisk engasjert man er, skyldes nemlig i stor grad noe en ikke har kontroll over selv – genene. I alle fall hvis vi skal tro svenske og amerikanske forskere bak en ny studie. Den viser at 30-50 prosent av folks politiske engasjement kan forklares av genetiske faktorer.

- Dette gjelder blant annet for hvilket ideologisk standpunkt man har, om man deltar i politiske demonstrasjoner og om man i det hele tatt stemmer ved valg, sier Sven Oskarsson, forsker i statsvitenskap ved Uppsala universitet, til forskning.no.

Han er medforfatter på den nye studien, som ble publisert i American Journal of Political Science.

Jarl Giske, atferdsbiolog ved Universitetet i Bergen, synes ikke det er rart at genene påvirker hvor politisk man er.

Han sier politiske partier appellerer til verdiene våre og at politikerne bare kan nå disse gjennom følelsene våre. Han sier at følelses- og verdisystemene våre er eldgamle og nedarvet fra forfedrene våre.

- Derfor finnes det ingen enkeltgener for Høyre eller SV, men disse partiene appellerer på ulik måte til verdier som fellesskap og like muligheter. Da treffer de oss i meget stor grad via våre nedarvede tilbøyeligheter, sier han. Giske er likevel overrasket over at så mye som halvparten av folks politiske engasjement kan skyldes arv.

-Kan bedre politiske teorier

Samspillet mellom arv og miljø diskuteres ofte for å forklare menneskers personlighet og oppførsel. Innen statsvitenskap har det vært tradisjon for å tenke at politisk ståsted og engasjement skyldes miljømessige faktorer, og ikke biologiske. For rundt ti år siden kom de første studiene som antydet at også arv hadde en betydning, og det førte til opphetet debatt.

- Studien vår styrker tidligere studier som også finner at politisk engasjement til stor grad skyldes arvede egenskaper. Studien kan blant annet bidra til å nyansere debatten om politisk atferd ytterligere, og til å forbedre politiske teorier, mener Oskarsson.

Leif Edward Ottesen Kennair, psykologiprofessor ved NTNU, og Trond Viggo Grøntvedt, tidligere foreleser i atferdsgenetikk ved NTNU, er ikke så overrasket over funnene.

- Studien virker veldig solid gjennomført, sier Kennair.

Grøntvedt forteller at tidligere atferdsgenetiske studier har vist at arvbarhetsestimatet på omtrent alle personlighetstrekk er på 30-50 prosent. Det betyr at opp mot halvparten av hvert personlighetstrekk kan forklares med arv.

- Derfor er det ikke så rart at forskerne finner det samme for politiske holdninger. Jeg er veldig positiv til slik forskning, fordi den bidrar til å bygge bro mellom to tradisjonelt sett veldig ulike forskningsvinklinger. Atferdsgenetiske studier finner tross alt både en genetisk påvirkningskraft og en faktor fra miljøet, sier han.

Svar fra 2300 tvillinger

Forskerne bak den svensk-amerikanske studien analyserte svarene til over 2300 svenske likekjønnede tvillingpar, omtrent like mange eneggede som toeggede.

- Tvillingene svarte på over hundre spørsmål knyttet til politiske meninger og engasjement. De fikk blant annet spørsmål om hva de mener om EU, miljøpolitikk og om de plasserer seg på venstre eller høyre side av politikken, forteller Oskarsson.

Eneggede tvillinger er i prinsippet genetiske kopier av hverandre, mens toeggede tvillinger deler like mange gener som vanlige søsken. Oskarsson og de andre forskerne sammenlignet svarene fra de toeggede og eneggede tvillingene og beregnet hvor stor del av det politiske engasjementet som kunne forklares av genetiske faktorer.

Miljøet fortsatt viktig

Oskarsson legger vekt på at miljøfaktorer fortsatt spiller størst rolle for hvor politisk aktiv man er.

- Men ikke et hvilket som helst miljø. Det er miljøet som er unikt for hver enkelt tvilling som er avgjørende. Dessuten er det viktig å se mønstrene i slik forskning over tid. Det er så mye som et tusentalls gener som til sammen gir opphav til arvelighet for politiske disposisjoner.

Det er de norske forskerne enige i. Giske påpeker at personligheten vår består av en stor biologisk arvet komponent.

- I tillegg kan læring og erfaring endre personlighetstrekk, sier han.

I en annen studie forsket Oskarsson på barn som ble adoptert bort, noe som fram til 1970 bare skjedde innenfor Sveriges landegrenser. I Norden har vi et flergenerasjonsregister. Ved hjelp av dette kan forskere peke ut både adoptivforeldre og biologiske foreldre for å finne forbindelser mellom generasjoner ut fra ulike aspekter som utdannelse og politisk engasjement.

- Her fant vi at det er sannsynlig at en person stemmer ved valg hvis adoptivforeldrene gjør det. Sannsynligheten for dette øker enda mer hvis han eller hun også har en biologisk forelder som stemmer ved valg. Mange av disse personene vet ikke engang om de er adopterte, noe som gjør resultatene enda sterkere, sier han.

Referanse:

Sven Oskarsson m.fl: The Relationship between Genes, Psychological Traits, and Political Participation, American Journal of Political Science, 2014

Tradisjonell cellegift angriper både friske og syke celler og er forbundet med store bivirkninger. Derfor jobber kreftforskere verden rundt for å lage mer målrettet cellegiftmedisin, noe det finnes ulike strategier for. 

Én løsning, som en gruppe norske forskere har jobbet med, er å pakke cellegiften inn i nanopartikler (se faktaboks). En slik behandling skal både beskytte friskt vev for cellegiften og øke opptaket av cellegift i kreftvevet.

Nanomedisin alene er ikke nok 

Det finnes i dag omlag ti nanomedisinbaserte produkter for behandling av solide kreftsvulster. Det vil si en lokalisert fast svulst, som for eksempel finnes i bryst-, eggstokk- og bukspyttkjertelkreft.

Nanomedisinens fortrinn er at den utnytter to viktige kjennetegn i kreftvev som er fraværende i friskt vev. Det er nemlig slik at blodkar i kreftvev ofte er mer lekke eller gjennomtrengelige enn de i friskt vev. Kombinert med en redusert lymfedrenasje fører dette til at opptaket av nanomedisin i kreftvev øker.

Nanomedisinen har imidlertid sine begrensninger. For det første har blodkarene i kreftvev ulik grad av gjennomtrengelighet. For det andre hindrer det høye væsketrykket i kreftvevet nanopartiklene i å trenge gjennom vevet mest mulig effektivt. Dermed når de ikke frem til alle kreftcellene.

Derfor har forskerne prøvd ut ulike metoder for å øke både blodkarenes og kreftvevets gjennomtrengelighet for nanopartikler. Eksempler på slike metoder er varme-, stråle- og ultralydbehandling. 

Mikrobobler og ultralyd

Forskere ved Sintef og NTNU har utviklet et nytt behandlingskonsept der nanopartikler gis sammen med gassholdige mikrobobler etterfulgt av ultralydbehandling.

Kort sagt består selve det medisinske produktet av gassholdige mikrobobler som er dekket med et enkelt lag av nanopartikler. Disse nanopartiklene inneholder cellegift.

Mikroboblene gis intravenøst og etter en kort stund blir kreftsvulsten utsatt for ultralyd. Dette har tre virkninger:

• Mikroboblene ødelegges og frigir nanopartiklene i blodet.
• Blodkarene blir mer gjennomtrengelige for nanopartiklene, som dermed i større grad passerer over blodåreveggen og ut i kreftvevet.
• Ultralydbehandlingen presser nanopartiklene ytterligere inn i kreftvevet slik at de lettere når alle kreftcellene og blir tatt opp av cellene.

Men hvordan virker egentlig ultralydbehandlingen i en terapeutisk situasjon?

Catharina de Lange Davies forteller at selv om mekanismene ikke er helt avklart, så tror forskerne at det er effektene fra ultralyden som er det viktige med det nye behandlingsprinsippet.

de Lange Davies er professor ved Institutt for fysikk og leder for forskergruppen ved NTNU.

Hun forteller videre at ultralydbehandling med en gitt styrke forårsaker såkalt kavitasjon i vevet. Kavitasjon kjennetegnes ved at mikroboblene vokser og trekker seg sammen og/eller at boblene vokser så mye at de sprekker og frigir nanopartikler. Som et resultat av kavitasjon skapes det også trykkbølger og såkalte skjærkrefter som fører til at blodkar og vev blir svekket og ødelagt.

Når blodkarene svekkes bidrar det til at nanopartiklene hoper seg opp i kreftvevet og tas opp i kreftcellene.

Videre testing av dyr

Davies og kolleger har også testet metoden på mus med implantert prostatasvulst. De brukte et fluoriserende fargestoff i nanopartikkelskallet til mikroboblen, og dermed kunne forskerne blant annet bekrefte at ultralydbehandlingen førte til økt opptak av fargestoff i prostatasvulsten sammenliknet med kontrollbehandling uten ultralyd.

Forsøket er publisert i tidsskriftet Journal of Controlled Release (se lenke under). 

- Det neste steget er å teste ut behandlingskonseptet i dyr ved hjelp av mikrobobler med nanopartikler som inneholder legemidler, sier de Lange Davies.

Kan hjelpe mot flere sykdommer

I utgangspunktet har behandlingsprinsippet mange medisinske anvendelser innen kreft så lenge kreftsvulsten er lett tilgjengelig for ultralyd.

Men den mest lovende anvendelsen der det finnes et udekket medisinsk behov, er behandling av ulike lidelser i hjernen. Eksempler er hjernekreft, Parkinsons og Alzheimers.

Det er vanskelig å nå hjernen med medisiner fordi den er omkranset av den meget effektive blod-hjerne-barrieren (BBB). Mange grupper har de siste årene forsket på hvordan denne barrieren kan åpnes for legemidler ved å samkjøre gassbobler og legemiddel etterfulgt av ultralydbehandling.

- Det innovative med vårt konsept er at vi åpner opp blod-hjerne-barrieren med ultralyd samtidig som en høy konsentrasjon av nanopartikler trenger inn i hjernen med cellegift, poengterer Davies.

Innledende rottestudier har nylig vist at blod-hjerne-barrieren blir effektivt åpnet ved å kombinere ultralyd og mikrobobler med nanopartikler. De frigjorte nanopartiklene trenger da inn i hjernen.

Andre generasjons mikrobobler på vei

Selv om behandlingsprinsippet er i sin ungdom, håper forskerne at den terapeutiske effekten skal bli forbedret på sikt – gjennom studier på dyr og mennesker. Det vil isåfall bety at levetiden blir forlenget i forhold til gjeldende behandling.

Først da kan det nye behandlingsprinsippet kommersialiseres og anvendes klinisk. Men veien dit er lang. Utfordringer både når det gjelder teknologi, marked og lovmyndigheter må forseres.

På teknologisiden blir det for eksempel viktig å forbedere ultralydbehandlingen og finne de ultralydbetingelsene som er mest egnet for å øke gjennomtrengeligheten til både blodkar og kreftvev.

Litt avhengig av type medisinsk anvendelse, må forskerne også skreddersy selve produktet. Det vil blant annet si å velge egnet størrelse av mikrobobler og nanopartikler. Det trengs også en større forståelse for hva som skjer fra det tidspunktet produktet kommer inn i pasientens blod til nanopartikkelen med legemiddel blir tatt opp og nedbrutt i kreftcellene.

Underveis i denne prosessen vil trolig helsemyndighetene etterlyse resultater og spesielt forsikre seg om at det nye produktet ikke gir for store bivirkninger for pasienten.

I tillegg kommer arbeidet med å sikre nødvendige patentrettigheter før man går i dialog med industri og investorer.

- Å patentere selve behandlingsprinsippet eller mikroboblen viser seg å være meget vanskelig. Det er fordi mange lignende løsninger allerede er publisert innen feltet, sier Ruth Schmid, forretningsutvikler ved Sintef.

- Det vi gjør nå er å sikre patentrettighetene til en ny og forbedret fremstillingsmetode av nanopartiklene. I tillegg holder våre forskere på med å utvikle annen generasjons mikrobobler som muligens vil bli lettere å patentere, avslutter Schmid.

Referanser

S. Eggen, de Lange Davies, m.fl.: Ultrasound-enhanced drug delivery in prostate cancer xenografts by nanoparticles stabilizing microbubbles. J Control Release. 2014 Aug 10;187:39-49. Epub 2014 May 20.

S. Eggen, de Lange Davies, m.fl. Ultrasound improves the uptake and distribution of liposomal Doxorubicin in prostate cancer xenografts. Ultrasound Med Biol. 2013 Jul;39(7):1255-66. Epub 2013 Apr 30.

Hvordan reagerer dyrs hjerner på bevegelse?

Det har en gruppe amerikanske forskere fra Howard Hughes Medical Institute ved Janelia Farm Research Campus i Virginia undersøkt.

De har utviklet en teknikk som kan lyse opp de nervecellene hos en sebrafisk som aktiveres når den beveger seg.

Fluorescerende stoff i hjernen

Studien har blitt publisert i Nature Methods, hvor forskerne forklarer hvordan de har kombinert genteknologi og optiske instrumenter.

Forskerne brukte genmanipulerte sebrafisker som hadde en kjemisk indikator i hver nervecelle. I en tiendedel av et sekund etter at nevronet ble aktivert, ble den kjemiske indikatoren i fiskens hjerne fluorescerende. Ved hjelp av laserstråler kunne forskerne se de aktiverte nervecellene.

Først var fisken avslappet. Den ytterste delen av fiskens hjerne, som er illustrert til høyre i videoen, lyser sterkt. Lyset representerer det fisken tenker på når den bare slapper av.

Senere begynner store deler av hjernen å lyse opp. I denne delen av forsøket skapte forskerne en illusjon om at fisken ble trukket bakover. For å følge med strømmen begynte fisken å svømme fremover. Da lyste flere nerveceller.

Vil forstå menneskelig atferd

Forsøket illustrerer et fenomen som kalles retningsbestemt selektivitet. Fenomenet eksisterer hos aper, frosker, fisk og hos mennesker.

For hver retning man kan ta, finnes det spesielle nerveceller i hjernen som aktiveres. Det innebærer at når mennesker vil bevege seg fra venstre mot høyre, vil egne celler aktiveres og gi informasjonen videre til resten av hjernen.

– Det må være noen fundamentale prinsipper om hvor mange nerveceller som påvirker atferden vår ved bevegelse. Med denne teknikken kan vi kanskje begynne å forstå disse grunnprinsippene, sier Jeremy Freeman, som har deltatt i prosjektet. 

Referanse: 

Nikita Vladimirov m. fl.: Light-sheet functional imaging in fictively behaving zebrafish. Nature Methods (2014), doi:10.1038/nmeth.3040 (sammendrag)

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.