Идеальное трение, Т-клетки против рака и видео прямо из мозга: дайджест науки QWERTY №385

Это пересказ выпуска QWERTY №385 — научно-популярного канала Владимира. Четыре темы, которые на этой неделе реально стоит знать.

Почти идеальная смазка — без смазки

В школе говорят: сила трения скольжения не зависит от скорости. Это закон Амонтона-Кулона. На практике он почти нигде не выполняется точно — реальные материалы чуть меняют трение при изменении скорости, и эти отклонения вызывают вибрации, износ, нарушают передачу мощности.

Команда учёных из США и Японии взяла монокристаллы мусковита — это слоистый минерал, вид слюды, уже применяемый как основа для твёрдых смазок. Нагревали от комнатной температуры до 200 °C и замеряли зависимость трения от скорости. При 200 °C зависимость исчезла полностью. Первый раз в истории экспериментов — идеальный закон Амонтона-Кулона в чистом виде.

Объяснить это обычными теориями трения не получается. Электронная микроскопия показала: при низких температурах в слоях слюды образуются риплокации — волнообразные дислокации кристалла. При 200 °C их нет. Гипотеза: именно риплокации отвечают за зависимость трения от скорости, а их отсутствие даёт идеальное трение.

Следующий шаг — эксперименты прямо внутри электронного микроскопа, чтобы наблюдать появление и исчезновение дефектов в реальном времени. Если закономерность подтвердится на других слоистых материалах — это дорога к новому классу твёрдых смазок и, возможно, к уточнённому закону трения.

Т-клеточная терапия рака — теперь универсальная и дешевле

Т-клеточная терапия работает так: берут лимфоциты пациента, модифицируют под его опухоль, возвращают обратно. Проблема — это штучная работа. Для каждого пациента отдельно, долго, дорого. Донорские клетки не подходят — они атакуют чужие ткани.

Новый подход — препарат Allo-EASO-T. Исследователи взяли не зрелые Т-клетки, а кроветворные стволовые клетки из донорской пуповинной крови. На этапе созревания в клетки встроили ген рецептора NY-ESO-1 — белка, который встречается во многих солидных опухолях. Фокус в том, что если задать мишень до созревания, почти все зрелые клетки несут именно этот рецептор. Своих «старых» рецепторов, атакующих чужие ткани, у них почти нет. Реакция «трансплантат против хозяина» резко снижается.

Дополнительно сохранили резервный механизм — рецепторы естественных Т-киллеров, которые реагируют на стресс в клетке. Нужны на случай, если опухоль «сбросит» NY-ESO-1 и попытается уйти от основной атаки. В лабораторных тестах резерв помогал уничтожать клетки меланомы, рака яичников и простаты, которые NY-ESO-1 уже не экспрессировали.

На мышиных моделях рака яичника и меланомы: модифицированные клетки накапливались преимущественно в опухоли, их число выросло примерно в 100 раз, активность держалась несколько недель. Обычные донорские Т-клетки из зрелой крови — контроль — хуже держали опухоль, расходились по печени и лёгким и давали реакцию трансплантат-против-хозяина.

По расчётам команды: из небольшого объёма пуповинной крови за ~6 недель получают триллионы клеток. Это порядка 1000 доз по ~5000 долларов каждая. Если появится проверенный рецептор к другому опухолевому антигену — его можно встроить в платформу без кардинальной переработки.

Мыши с человеческой корой мозга

Нейроорганоиды — трёхмерные комочки человеческой мозговой ткани — выращивают с начала 2010-х. Проблема: в лабораторной посуде им не хватает сенсорных сигналов и связей живого мозга. Несколько лет назад органоиды пересаживали крысам — клетки занимали треть коры, но крысиные нейроны созревают быстрее человеческих и не давали человеческим развиваться нормально.

Следующий шаг — генетически изменённые мыши, у которых не формируется бо́льшая часть коры и гиппокампа. В освободившееся пространство пересаживали человеческие органоиды. Результат: приживаемость 25 из 29 случаев. За 3 месяца человеческая ткань выросла почти в пять раз и заняла более 90% коры.

В трансплантате появились разные типы клеток, включая редкие нейроны, которые почти не получить в лабораторной посуде. Характерной слоистой структуры зрелой коры не сформировалось, но человеческие нейроны создали множество связей с нервной системой мыши — и это позволяет наблюдать человеческие нейронные цепи в живом мозге.

Первая проверка — модель церебрального паралича. После кислородного голодания в человеческой ткани появились признаки повреждения, а у мышей — характерные проблемы с походкой и координацией, как у людей с ДЦП. Дальше планируют исследовать деменцию и генетические формы аутизма на органоидах из клеток конкретных пациентов.

По поводу этики: эксперты говорят, что важна не доля человеческих клеток, а приобретённые способности. Пока мыши с трансплантатами в тестах памяти и мелкой моторики уступают обычным мышам, но превосходят мышей без коры — человеческая ткань частично компенсирует нарушения, но не делает животных умнее. Пока.

Видео прямо из мозга мыши

Давняя задача нейронауки: восстановить по активности мозга то, что человек или животное видело в конкретный момент. Обычно для этого используют фМРТ — общие сигналы активности областей мозга. Точность остаётся скромной.

Новая работа пошла глубже: вместо фМРТ записывали активность отдельных нейронов зрительной коры мышей. Да, инвазивно, но это мыши. Зато видно, как мозг кодирует визуальную информацию на уровне клеток.

Для реконструкции взяли динамическую нейросетевую модель с конкурса Sensorium 2023 — она предсказывает реакцию отдельных нейронов на видео с учётом движения животного и изменения диаметра зрачка. Схема работы: сначала модель обучали, потом брали реальную активность нейронов во время просмотра нового видео (активные клетки определяли по росту кальция), и алгоритм постепенно менял пиксели чистого видео, пока разница между предсказанной и реальной активностью не сходилась к минимуму.

Итог: система восстановила 10-секундный ролик, которого не было в обучающих данных — только по активности мозга. Чем больше нейронов включали в анализ, тем точнее результат. Разрешение и охват сцены пока ограниченные, но направление понятно.

Главный вывод тут не про шпионаж за снами — мозг не хранит точную видеозапись, он постоянно интерпретирует и фильтрует сигналы. Теперь появился инструмент, который позволяет сравнить «что видело животное» и «как это закодировал мозг» — и найти разницу.

Бонус: лучшая новость прошлого выпуска

Зрители QWERTY проголосовали за новость о фотопереключаемых молекулах прост-6: их можно закапывать в глаз или вводить инъекцией, и при освещении они активируют сохранившиеся нейронные цепи сетчатки через особый белок. В экспериментах на рыбках данио-рерио и мышах молекулы восстановили реакцию на свет без имплантов и генной терапии. Метод не останавливает гибель фоторецепторов, но даёт способ вернуть светоощущение там, где рецепторы уже погибли.

Источник: QWERTY №385 на YouTube. Транскрипт на русском, пересказ и структурирование — редакция seo-mind42.ru.