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環境・サイエンス・ITニュースへのコメントだよ!

細菌感染を感知すると色が変化し、治療してくれるスマート包帯が開発される


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Stockcrafter


 抗生物質耐性菌は人類にとっての脅威となっている。耐性を身に着けた菌は抗生物質が効かなくなるため、感染症が治りにくくなるのだ。



 人類は耐性菌との終わりなき戦いを強いられているが、そんな中、画期的でカラフルな武器が戦場に現れた。



 それは傷口に潜む細菌の危険度に応じて色が変化するスマート包帯で、色に応じて治療に必要な薬剤を投与してくれる。



 これにより、治療はもちろん、感染拡大を抑えることができるという。

細菌の危険度に応じて信号機のように色が変化



 中国科学院の研究グループが開発した素材は、細菌感染が作り出す酸性微環境に接触すると青から黄色や赤へと変色する。そう、まるで信号機のようにだ。



 もちろん「青」なら細菌はほぼなし、安全だ。これが「黄色」なら細菌がいるという意味で、包帯に仕込まれていた抗生物質が染み出して、自動的に殺菌してくれる。



 ところが、感染した細菌が薬剤耐性菌の場合、それが出す酵素に反応して、今度は「赤」に変色する。



 抗生物質耐性菌に抗生物質はなかなか効果を発揮しない。そこで赤になったら光を当てるのだ。包帯には活性酸素種が仕込まれており、これが光に反応して耐性菌を弱らせる。かくして抗生物質は十分効果を発揮するようになる。



 マウスを使った実験では、普通の大腸菌と薬剤耐性のある大腸菌の感染をどちらも治療することに成功したとのことだ。



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ACS Central Science 2020


抗生物質耐性菌対策として



 抗生物質の乱用によって生じる薬剤耐性菌は世界中で大問題となっている。

 

 だからこそ、感染を検出し、その薬剤耐性をチェックすることは、最適な治療法を決める上でとても大切であると研究グループは話す。しかし、それには専門的な人材や高価な機器が必要になる。



 だが、このスマート包帯ならばそのような専門的な人や機器は必要ないし、持ち運びも簡単なので、さまざまな地域で使うことができる。



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wildpixel/iStock


医師の診察がなくても包帯を巻いておくだけで治療できる



 このスマート包帯なら、何度も病院に通うことなく、包帯を巻いておくだけで適切な薬剤が使用され、早いうちに感染が悪化する危険の芽を摘むことができる。



 また医師も、包帯の色を見れば、患者は感染の状態がどうなっているのかリアルタイムで知ることができる。こうしたメリットがもたらす可能性はきわめて大きいだろう。



 たかが包帯と侮ることなかれだ。技術の進歩により近年いくつか大きな進歩が見られている。



 たとえば、細菌を吸い寄せ、傷の治りを早くするナノファイバーメッシュや、細菌の増殖を抑え、感染のリスクを低める火傷用包帯といったものがあり、ただの布切れに思えてなかなか奥深い世界だったりするのだ。



 この研究は『ACS Central Science』(1月29日付)に掲載された。



References:eurekalert/

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南極で観測史上最高気温が記録される。過去の記録を0.8度更新


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Lucezn/iStock


 2月7日(現地時間)、南極で18.3度という観測史上初となる最高気温が記録された。2015年3月に観測されたそれまでの記録を0.8度上回るという。



 この記録は、南極トリニティ半島にアルゼンチンが所有するエスペランサ基地で観測され、同国気象庁のツイートによって明らかにされた。

世界最速で温暖化が進む地域の1つ、トリニティ半島



 南極半島(グレアムランド)の北端部に位置し、南アメリカへ向かって伸びるトリニティ半島は、地球上でもっとも速く温暖化が進んでいる地域の1つで、世界気象機関(WMO)によれば、過去50年で3度近くも気温が上昇した。



 同地域の氷河はほぼすべてが解け出している。しかも毎年失われる氷の量は加速的に増えており、17世紀末から現在まででほぼ6倍にもなった。



 こうした特に温暖化の影響を受けやすい地域の氷の融解は、世界の4分の1の地域における海面上昇の要因であるという。

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風の変化が氷の融解をいっそう進める



 だが、氷だけが南極で生じている変化ではない。暖かい地域風がますます強く、しかも当たり前になってきており、暖かい水を氷床の下に滴らせているのだ。このために氷河は下側から解けている。



 WMOアドホック委員会のメンバーとして前回の記録を確認した気候科学者ジェームズ・レンウィック教授によると、この地域の気温の高さは、山の斜面から吹く強い北西風のパターンとぴったり一致しているという。 



 同地域の気候パターンは複雑であるとはいえ、今回の記録は、自然の揺らぎと温室効果ガスによって進行する温暖化の両方の影響によって作られた可能性が濃厚だとのことだ。



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JohnCarnemolla/iStock


解けた氷の水がさらに氷を解かす



 ゆっくりと温暖化が進んだとしても、氷を解かすエネルギーは大きく増加することがあると説明するのは、オーストラリア国立大学の気候学者ネリリー・エイブラム教授だ。



 同教授によると、解けた水は氷棚の亀裂の中から氷を解かす。氷棚は海に浮いているので、それが崩壊したとしても海面の水位をいきなり上昇させるわけではない。



 ただし、それはある種の栓として、陸上の氷床を安定させる役割を担っている。そのため氷棚が崩壊し、栓がなくなってしまえば、陸上の氷床によって海面の上昇が引き起こされる恐れがある。



 地球の氷の9割は南極にある。それがすべて解けたしまった場合、海面は60メートル上昇する可能性があるそうだ。



References:popsci./

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宇宙は人間の臓器を製造するのに最適な場所かもしれない(国際宇宙ステーション)


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Elen11


 3Dプリンターは今や欠かせないものとなった。食品はもちろん住宅に衣服、マウスの卵巣までも印刷できてしまう。



 そして10年後、人間の臓器が宇宙でプリント製造される未来がやってくるかもしれない。



 人間の内臓を作るなら、重力で押し付けられる地上よりも微重力空間の方がずっと好ましいらしいことが判明したのだ。

宇宙空間の方が3Dプリント臓器製造が適している理由



 医療の分野で3Dプリンターが採用されるようになったのはごく最近のことだ。これまで、初歩的な血管・骨・各種生体組織といったものが、人間の細胞などで作られたバイオインクで印刷されてきた。



 またミニ肝臓や肺状の袋といった、シンプルな内臓も作られている。とはいえ、こうしたプリントモデルをきちんと直立した状態で維持するのは、今の段階ではまだまだ難しい。



 じつは最近、そうした内臓作りには地球はあまり理想的な環境でないことが分かってきた。



 地上では常に重力がくわわるので、成長中の繊細な内臓を押しつぶしてしまう。だからこそ、内臓の周囲に足場のようなものを作り、それを支えるのだが、それは血管を弱らせ、きちんとした成長や機能を阻害することがある。



 だが、低軌道の微小重力下ならば、軟組織はそれを支える足場などなくても、自然にきちんとした形状を維持することができる。



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Scharfsinn86/iStock


世界初の宇宙専用3Dプリンター



 そこで「テックショット(Techshot)社」と「エヌスクリプト(nScrypt)社」が共同で開発した世界初の内臓専用3Dプリンターが「3Dバイオファブリケーション・ファシリティ(BFF)」だ。



 2019年7月にスペースXのロケットで国際宇宙ステーション(ISS)へ向かって飛び立ったそれは、宇宙空間で人体組織を印刷するよう設計されており、バイオインクで髪の毛よりも薄い複数の層を作ることができる。ちなみにお値段は770億円ほどだ。



 現在、BFFが取り組んでいるのは、厚みのある心臓組織を作り、それを地球に持ち帰るというプロジェクトだ。



 各層が厚みを増すほどに、それらが効果的に成長するかどうか不確かになってくる。いかにしてしっかり形を保ったまま地上に送り届けるのか、そこが研究者の腕の見せ所だ。



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NASA / Techshot


パンケーキのように内臓を調理



 テックショット社のリッチ・ボーリン氏によれば、BFFの内臓印刷はパンケーキの調理に似ているという。



 まず宇宙に滞在するスタッフは、地球から送られてきた細胞でバイオインクの”パンケーキ・ミックス”を作り、これを注射器のような器具に入れてBFFにセットする。



 さらにバイオリアクターが内蔵されたカセットもセットする。これは組織が健康に成長するために必要なシステムで、栄養補給や排泄のような機能を担う。



 ポンプ圧、内部温度、照明、印刷速度といったパラメーターを設定したら、いよいよバイオリアクターの中で印刷を開始。形状の複雑さに応じて、一瞬から数時間で印刷が完了する。



 仕上げに、「先端宇宙実験プロセッサー(ADSEP)」なるもので、印刷物を12~45日かけて”調理”する。これは、印刷された組織が地球への帰路に耐えられるよう硬化させるための処理だ。

 

 こうして完成した内臓が地球に送り返される。





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内臓のバイオプリント競争



 なお、人間の内臓を宇宙で作ろうと考えているのは、テックショット社だけではない。



 たとえばロシアのバイオテクノロジー研究所「3Dバイオプリンティング・ソリューションズ」が同じようなプロジェクトを進めている。



 だが、こちらはBFFのようにバイオインクで層を重ねる手法ではなく、磁気ナノ粒子を利用する。電磁石で磁場を作り出し、そこに組織を浮遊させながら狙った構造に形成するという、なんだかSF映画のような手法で、先月、ISSで第一号となる骨組織の作成に成功している。





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法規制・コスト・健康など、実用化へ向けた課題は山積み



 だが宇宙で臓器を製造する為には数々の壁が立ちはだかる。努力が実り、首尾よく宇宙の3Dプリンターできちんと機能する人間の内臓を作れるようになったとしても、それは地上に存在するいくつもの法規制に縛られることだろう。



 こうした法規制への対応はテックショット社にとっても初めての挑戦であり、たとえばアメリカで認可を得るには少なくとも10年はかかるだろうと同社は見積もっている。



 また法規制だけではなく、社会的な抵抗にも直面するかもしれない。



 コスト面での問題もある。最先端の科学技術には付き物であるが、3Dプリント内臓はそう気軽に手にできるものではないかもしれない。



 テックショット社によれば、生涯飲み続けねばならない免疫反応抑制剤や人によって複数回移植手術を受けるコストを考えれば、宇宙で印刷する内臓は、人間のドナーから摘出される内臓よりも安上がりであってもおかしくないという。



 しかし現時点で、BFFの印刷プロセスが実際にどのくらいの期間になるのかはっきり伝える資料がないために、本当のところは何とも言えない。



 さらに細胞を操作する過程で突然変異が引き起こされるリスクもある。そうなれば改変幹細胞が移植を受けた人の体内でガン化することもあり得る。



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designprojects/iStock


ますます広がる宇宙空間を利用したビジネス



 だが宇宙で臓器を作るというこのビジネスは期待されている。3月に行われる次回のテストが終われば、BFFは軟骨・骨・肝臓組織などの印刷を計画する他の企業や研究所に貸し出される予定だ。



 また実験プロセスをスピードアップするために、軌道上で細胞を作る細胞工場が建設されている。これが完成すれば、地球・宇宙間の細胞の受け渡しを減らすことができるだろう。



 ここ数年、ISSはいくつもの商業ベンチャーを受け入れてきた。そうしたベンチャーによる宇宙での実験は4、50年前に比べればきわめて多くなった。



 最近までは衛星通信と遠隔観測技術が実験の主なテーマだったが、このところは製薬に対する関心も高まっており、医療技術を改善する舞台として宇宙が注目を集めているそうだ。



References:Space might be the perfect place to grow human organs | Popular Science/

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時空を引きずりながら自転する白色矮星が観測される(CSIRO)


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Mark Myers ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav)


 アインシュタインの一般相対性理論から導き出される予言の1つに、あらゆる回転する物質は、周囲の時空を引きずるというものがある。これを「慣性系の引きずり」や「レンス・ティリング効果」という。



 その影響はごく小さなものなので、日常生活の中で慣性系の引きずりを実感するようなことはない。



 たとえば地球の自転によって生じた慣性系の引きずりを検出するには、NASAが800億円近くを投じて開発したグラビティ・プローブBのような衛星が必要だったし、そのジャイロスコープで検出された角度の変化は、10万年で1度に相当するかすかなものでしかない。



 だが幸いにも、宇宙には重力を発生させる天然の実験場がごまんとある。これを観察すれば、アインシュタインの予言を詳細に検証することができる。



 『Scienece』(1月31日付)に掲載された研究もそうしたものの1つで、50年前の電波望遠鏡による星の観測を通じて、慣性系の引きずりが非常に大きな規模で生じているという事実を明らかにしている。

一般相対性理論の予言――回転する物体の時空を引きずる



 一般相対性理論は、回転する物体は周囲の時空を引きずると予言している。このやや知名度が低い予言によれば、物体の回転が速く、質量が大きいほどに、引きずる力も大きくなるという。



 このことが特に関係するのが、「白色矮星」と呼ばれる恒星の進化の終末期にある星々だ。これらは、かつては太陽の数倍の質量を持っていたが、燃料の水素を使い果たし死んでしまった星の中心核の名残である。



 大きさだけなら地球に似ているが、その質量は数十万倍も大きい。さらに自転速度も1、2分で一回転するなど、24時間で一回転の地球よりも圧倒的に速い。



 一般相対性理論の予言が正しいのならば、こうした白色矮星が起こす慣性系の引きずりは当然に強い。それは地球の1億倍に達するほどだ。



 これだけでもスゴいことなのだが、天文学者にとって都合がいいことに、20年前に白色矮星とパルサーの連星まで発見された。





Dragging the Space-time Continuum



地球の30万倍の質量を持つ白色矮星と、毎分150回転するパルサー



その連星は、1999年にオーストラリア連邦科学産業機構(CSIRO)のパークス電波望遠鏡がはえ座の方角でとらえたもので、「PSR J1141-6545」と呼ばれる。



 白色矮星は地球と同サイズでありながら、質量は30万倍。そのパートナーである電波パルサーは都市と同じくらいのサイズに、40万倍という質量を持つ。



 白色矮星に比べると、パルサーはまるで異なっており、従来の原子ではなく、緊密に圧縮された中性子でできており、そのために驚くほど密度が高い。しかも自転速度は毎分150回転という凄まじさだ。

 

 つまり1分間で150回転する灯台のように、チカチカと地球へ向かって電波を送り続けているということだ。



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慣性系の引きずりで揺らぐパルサーの軌道面



 そこで研究グループがこの点滅する電波を利用して、パルサーの軌道をマップ化してみると、連星は互いを5時間未満で1周していることが判明。



 また白色矮星とパルサーは数十京キロ離れているが、パルサーは毎秒2.5387230404回転しており、その軌道がグラグラしていることも分かった。つまり軌道面が固定されておらず、ゆっくりと回転しているということだ。



 一般に質量が大きな恒星ほど寿命が短いので、連星では大きな星の方が最初に死に、大抵は白小矮星となる。そして2番目の星が死んだとき、その物質は最初の白色矮星に引き寄せられる。



 物質は引き寄せられながら、やがてディスクを形成。このディスクは数万年という時間をかけて、毎分数回転にまで白色矮星の自転を加速させる。



 だがPSR J1141-6545は珍しいケースだった。2番目の星は超新星となり、パルサーを残したのだ。そしてその軌道は、高速回転する最初の白色矮星が周辺の時空を引きずるおかげで傾いてしまう。



 観測された軌道面の揺らぎは、これによるものだ。



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Mark Myers ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav)


証明されたアインシュタインの予言



 アインシュタインは、自身の予言のいくつかは実際に観測されたりはしないだろうと考えていた。だがここ数年、重力波の検出やブラックホールの影の撮影など、いくつもの天体物理学的な偉業が成し遂げられている。



 ただし、これらは膨大な予算を投じて作られた最新設備を利用したものだ。だが、今回の発見は、50年前の電波望遠鏡だってまだまだやれるということを証明した。これは、もう若者とは言えなくなった世代に対するエールにもなるだろうか?



References:glbnews / ozgrav/

☆アインシュタインすげーな!

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エンケラドゥスの海には、生命が生存可能な条件が整っている可能性(米研究)


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dottedhippo/iStock


 土星の第2衛星 エンケラドゥスは、表面をおおう氷の下に海をたたえており、もしかしたら生命が存在するかもしれないと期待されている星だ。



 そして最新の研究でも、やはりその海は生命が暮らせる条件が整っているかもしれないと指摘している。

エンケラドゥスの氷の下に広がる海の底で何が起きているのか?



 今回、米サウスウェスト・リサーチ・インスティテュートの研究グループは、土星探査機カッシーニがもたらしたデータから、プルーム(表面から噴出される物質)に含まれている分子を解析。ここからエンケラドゥスの海に溶けている二酸化炭素濃度を推定し、そこで起きているプロセスのモデル化を試みた。



 「プルームの構成を理解すれば、その海がどのようなもので、なぜ現在の姿になったのか、生命が生存できる環境かといったことを知ることができます」と研究の中心人物、クリストファー・グレイン博士はコメントする。



 『Geophysical Research Letters』(1月10日付)で報告されているように、エンケラドゥスの海底は、炭酸塩鉱物が豊富に含まれる堆積岩(石灰岩のようなもの)で構成されていると考えられるようだ。



 さらにその下には、マグマのような溶けた鉱物からできた火成岩から形成され、鉄やマグネシウムを豊富に含む蛇紋石鉱物があると考えられるという。



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NASA/JPL-Caltech


生命誕生につながると期待される化学反応



 作成されたモデルによれば、海底に堆積した鉱物は熱水噴出孔と結びついて、じつに興味深い化学反応を引き起こす。それは生命の誕生につながるのではと期待されるものだ。



 「複雑なコアと海水のダイナミックな接点は、生命を維持するエネルギー源を作り出す可能性があります」とイオン中性質量分析器のデータ解析を担当したハンター・ウェイト博士は話す。



エンケラドゥスの海に微生物が存在するという科学的証拠はまだ見つかっていませんが、科学的非均衡を示す証拠なら増えており、氷殻の下に生命が生存可能な条件が整っていてもおかしくはないらしいことが仄めかされています。


 ただし「生存可能」と「生命が存在する」は同義ではない。「エンケラドゥスに生命はいるか?」という問いに対しては、今のところはせいぜい「かもしれない」と答えられる程度だ。それでも十分にワクワクさせてくれる案件だろう。



References:swri/


☆生命、言うてもアメーバみたいなもんやろ・・・!

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