Storicamente, JoVE, The Journal of Visualized Experiments, si è concentrato principalmente sulla ricerca biomedica e ha sviluppato sottosezioni per Bioingegneria, Medicina Clinica e Traduzione, Immunologia e Infezioni, e Neuroscienze. Questo luglio, JoVE lancia la sua sezione di Fisica Applicata, che comprende una vasta gamma di contenuti, dalla Fisica dei Plasmi alla Scienza dei Materiali. Iniziamo la nuova sezione con un articolo significativo dell'Università di Purdue, dove i ricercatori del Centro per la Produzione Basata sui Laser stanno effettuando studi.
La materia esiste in tre stati noti: solido, liquido e gassoso. Se a un gas viene fornita energia sufficiente, gli atomi possono perdere elettroni, ovvero ionizzarsi, formando un quarto stato chiamato plasma. Il plasma è la forma più abbondante di materia, occupando circa il 99,999% dell'universo visibile. Utilizzando impulsi laser ultrabrevi di 100 femtosecondi, ovvero 100 quadrilionesimi di secondo, i nostri autori dimostrano una tecnica chiamata shadowgraphia pompa-sonda, che permette di visualizzare il plasma iniziale mentre si sviluppa da superfici metalliche. Costruendo un modello di simulazione, questi ricercatori possono esaminare la dinamica del plasma iniziale, consentendo una migliore comprensione del processo di ionizzazione della materia.
Per la sottocategoria di scienze dei materiali nell'ambito della fisica applicata, JoVE ha sede presso l'Università del Michigan, dove i ricercatori stanno sviluppando nuovi metodi di microfabbricazione. I nostri autori dimostrano un metodo per far crescere microstrutture complesse tridimensionali a partire da nanotubi di carbonio, che possono essere utilizzati come stampi maestri per ottenere repliche in polimeri o materiali biologici. La microscopia elettronica a scansione rivela che gli stampi maestri in nanotubi di carbonio vengono riprodotti con elevata fedeltà nella forma su scala microscopica e nella texture su scala nanometrica nelle repliche polimeriche realizzate a partire da questi stampi. La tecnologia della microfabbricazione consente di eseguire operazioni di laboratorio su piccola scala – in pratica, integrando un laboratorio su un chip.
Passando dalla fisica applicata alla fisiologia cardiaca, JoVE visita la George Washington University per documentare una preparazione Langendorff modificata. JoVE ha pubblicato diversi articoli che illustrano questa preparazione fisiologica, che permette al cuore di battere in isolamento per ore consecutive. L'approccio prevede una perfusione retrograda del cuore attraverso l'aorta, la quale chiude la valvola aortica e forza il perfusato ossigenato attraverso la circolazione coronarica, al fine di mantenere in vita il tessuto cardiaco.
Gli autori presentano una modifica a questo preparato che prevede la cannullazione dell'auricola atriale sinistra, della vena cava inferiore e dell'arteria polmonare. In questo stato, tutte e quattro le camere cardiache sono cannullate, fornendo così pressioni di carico fisiologiche a entrambi i ventricoli ed eliminando la necessità di perfondere il cuore in senso retrogrado attraverso l'aorta. Di conseguenza, la perfusione cardiaca avviene nella direzione normale e il cuore genera autonomamente la pressione necessaria per la perfusione coronarica.
Una volta ottenuto questo modello cardiaco biventricolare funzionante, i nostri autori procedono a impostare l'acquisizione dell'immagine della fluorescenza della nicotinammide adenina dinucleotide, o NADH. Questo coenzima, presente nei mitocondri, emette fluorescenza nel suo stato ridotto e fornisce un indicatore della concentrazione locale di ossigeno, e quindi del metabolismo cardiaco. Questi ricercatori dimostrano misurazioni della fluorescenza del NADH durante diverse frequenze di stimolazione e illustrano così il potenziale di questo modello fisiologicamente rilevante nel fornire informazioni sulle patologie cardiache.
Nella nostra sezione di Bioingegneria, JoVE visita l'Università del Pacifico per un articolo riguardante la produzione di seta sintetica del ragno. Nel 2010, JoVE ha pubblicato un articolo del laboratorio Vierra, che illustrava tecniche di microdissezione per isolare le 12 ghiandole produttrici di seta dal ragno Vedova Nera. L'isolamento di queste ghiandole permette di eseguire tecniche analitiche al fine di identificare specifiche proteine della seta del ragno. Poiché i ragni sono velenosi e cannibali, l'allevamento su larga scala per la produzione di seta del ragno non è realistico. Pertanto, il laboratorio Vierra trasforma batteri con plasmidi contenenti proteine della seta ed esprime proteine ricombinanti della seta del ragno nei batteri.
Questo luglio su JoVE, il gruppo di Vierra illustra un metodo per isolare e purificare la proteina della seta di ragno da questi batteri. Successivamente, mostrano come la proteina purificata venga filata in fibre e dimostrano i metodi per raccogliere tali fibre, nonché per valutarne la resistenza. La seta di ragno suscita grande interesse tra gli scienziati dei biomateriali per la sua biocompatibilità e le proprietà meccaniche, che la rendono più resistente dell'acciaio a trazione. Il laboratorio di Vierra ha mostrato la produzione su scala di laboratorio della seta di ragno, che potenzialmente potrebbe essere estesa a un processo produttivo su larga scala. Questa breve sintesi riassume quattro dei cinquanta articoli che JoVE pubblicherà questo luglio. Altre pubblicazioni degne di nota includono la dimostrazione dell'elettroporazione ex ovo in embrioni di pollo a stadio avanzato, la produzione di proteine secrete da cellule umane e lo studio del ex vivo coltura di cervelli di moscerini della frutta