Исследователи из Эдинбургского университета выяснили, что долгому полету семянок одуванчиков способствует образующееся над ними вихревое кольцо. В полете это кольцо немного оторвано от верхней части хохолка семянки, но всегда стабильно благодаря строго определенному количеству паппусов в составе самого хохолка. Обнаружить вихревое кольцо исследователям удалось с помощью вертикальной аэродинамической трубы и лазерной подсветки. Результаты исследования опубликованы в Nature, а краткое его содержание приводится на сайте журнала.
Семянкой одуванчика называется его своеобразный плод, имеющий ножку со множеством паппусов (нитевидных выростов) на ее вершине, которые образуют хохолок. Такие паппусы существенно увеличивают площадь соприкосновения с воздухом. Долгое время считалось, что хохолок семянки одуванчика играет роль парашюта, однако это не объясняло, по какой причине плоды, отделившись от растения могут находиться в воздухе существенно дольше времени, необходимого на обычное парашютирование на землю.
Для изучения полета семянок исследователи из Эдинбургского университета создали небольшую прозрачную вертикальную аэродинамическую трубу, в которой некоторая область пространства подсвечивалась лазером. Такая подсветка сделала контрастными пылевые частицы в воздухе, благодаря чему стало возможным снять их на камеру и увидеть воздушные потоки, в которых они находились. В аэродинамическую трубу исследователи поместили семянку одуванчика.
В ходе эксперимента в аэродинамической трубе выяснилось, что в полете над хохолком семянки образуется вихревое кольцо, расположенное немного выше паппусов. Оно формируется за счет разницы давлений в воздушных потоках, огибающих хохолок с внешней стороны и проходящих внутри него через паппусы, и ведет себя стабильно, не разрушаясь и не удаляясь далеко от семянки. Фактически из-за разницы давлений под хохолком и над ним семянка и вихревое кольцо не разъединяются.
При этом одним из свойств вихревых колец является полоидальное течение в них, благодаря которому существенно ослабляется трение между ядром вихря и окружающим условно неподвижным воздушным слоем. Благодаря такому свойству вихревое кольцо может оставаться стабильным долгое время и нести объекты относительно большой массы. В качестве примера можно привести дымовое кольцо, являющееся вихревым кольцом и относительно длительное время сохраняющее свою целостность.
Исследователи из Эдинбургского университета также обнаружили, что количество папусов в хохолке семянки напрямую влияет на стабильность вихревого кольца. Обычно семянка одуванчика имеет от 90 до 110 паппусов. Для эскперимента исследователи изготовили из силикона несколько семянок. У одних хохолок был представлен диском, а у других — множеством нитевидных структур наподобие паппусов. Выяснилось, что вихревое кольцо может быть стабильным при количестве «паппусов», равному количеству паппусов настоящей семянки.
Вихревое кольцо, также называемое тороидальным вихрем, встречается довольно часто. В частности, оно возникает в левом желудочке сердца при его расслаблении. При полете вертолетов на небольшой высоте от земли под ними также может возникать вихревое кольцо. Для летательного аппарата оно представляет серьезную опасность, поскольку в вихревом кольце эффективность несущего винта вертолета значительно снижается.
Василий Сычёв
И еще четырех видов опухолей
Британские и датские иммунологи обнаружили на цитотоксических T-лимфоцитах рецептор, узнающий одновременно три разных опухолевых антигена. Пациент, у которого были обнаружены эти Т-клетки, смог достичь полной ремиссии меланомы четвертой клинической стадии. Такое строение T-клеточных рецепторов не дает клеткам опухоли ускользнуть от противоопухолевого иммунитета. Похожие типы Т-клеточных рецепторов есть и у здоровых людей, но их роль в противоопухолевом иммунитете пока неясна. Исследование опубликовано в виде статьи в журнале Cell. Клеточная терапия онкологических заболеваний направлена на введение в организм Т-лимфоцитов, узнающих фрагменты белков опухоли, выставляемые клетками на поверхности белков главного комплекса гистосовместимости (HLA-антигенов). Она позволяет добиться ремиссии во многих случаях, при которых другие виды лечения неэффективны. Но врачи часто сталкиваются с ускользанием опухолевого клона от такого иммунитета. Иногда достаточно нескольких месяцев, чтобы опухолевые клетки перестали экспрессировать маркер, который должны были узнавать лимфоциты. Хотя большинство Т-лимфоцитов узнают один эпитоп, некоторая часть из многообразия Т-клеточных рецепторов, образующихся в процессе созревания Т-клеток, узнает не один, а сразу несколько антигенов. Такие клетки есть и у здоровых людей, и у пациентов с аутоиммунными болезнями. Рецепторы, нацеливающие иммунную систему сразу на несколько молекул-мишеней, могли бы повысить эффективность клеточной терапии. Ведь даже если с поверхности опухоли исчезнет один антиген, то иммунный ответ против второго сохранится, и лечение останется эффективным. Шаг в сторону использования этого принципа в терапии сделала группа онкологов и иммунологов из Великобритании и Дании под руководством Эндрю К. Сьюэлла (Andrew K.Sewell) из Университета Кардиффа. На протяжении последних 15 лет они занимаются клеточной терапией меланомы. В рамках клинических исследований врачи забирали у пациентов клетки крови, отбирали среди них Т-лимфоциты, тропные к меланоме, и после культивации in vitro вводили клетки обратно пациентам. В одном из исследований, проведенном в 2011-2014 годах, участвовал пациент с четвертой клинической стадией меланомы, у которого клеточная терапия позволила добиться десятилетней ремиссии болезни (обычно же медианная продолжительность жизни с момента постановки диагноза у таких пациентов не превышает года). Ученые решили детально исследовать, с какими особенностями Т-клеточного ответа это было связано. Как выяснили иммунологи, почти вся противоопухолевая активность лимфоцитов пациента была связана одним лимфоцитарным клоном (его обозначили MEL8), который реагировал in vitro не только на меланому, но и на клетки острого миелолейкоза, опухоли молочной, предстательной и поджелудочной железы от других пациентов с таким же типом HLA-антигена (гаплотип HLA A*02:01, наиболее распространенный в мире). Это было неожиданно, ведь рецепторы этих Т-клеток чувствительны к белку мелану A, специфичному для меланоцитов и происходящих от них опухолей (включая меланому). Авторы создали библиотеку из 936 миллиардов декапептидных последовательностей и оценили in silico сродство рецепторов MEL8 к олигопептидам, связанным с HLA A*02:01. Такой скрининг позволил отобрать 500 пептидов, представленных в протеоме человека. Три из них — участки белков мелана А, BST2 и IMP2 — имели сродство к Т-клеточному рецептору MEL8 in vitro и при этом экспрессировались меланомой. У всех трех декапептидных последовательностей нашлась гомология и на уровне аминокислотной последовательности, и на уровне третичной структуры, что было подтверждено рентгеноструктурным анализом. Т-клетки, у которых есть рецепторы, тропные одновременно к мелану А, IMP2 и BST2, были обнаружены у здоровых добровольцев и у одного пациента с хроническим лимфолейкозом, но их количество было невелико. Обнаруженный вид поливалентного рецептора можно использовать и для лечения других пациентов: исследователи секвенировали последовательность Т-клеточного рецептора и трансдуцировали этой последовательностью другие линии лимфоцитов в рамках своих экспериментов. Следовательно, есть предпосылки для создания эффективной клеточной терапии опухолей или противоопухолевой вакцины. Впрочем, пока невозможно говорить, насколько безопасной было бы такое лечение, ведь исследование британских и датских ученых основано лишь на единичных наблюдениях пациентов с опухолями. Кроме того, распознавание эпитопов Т-клеточным рецептором зависит от варианта HLA.антигена, имеющегося у данного конкретного человека, и распространенность полимодальных Т-клеточных рецепторов у носителей разных вариантов HLA может отличаться. Даже сильного иммунного ответа против клеток меланомы может оказаться недостаточно для победы над болезнью — на эффективность лечения могут влиять такие факторы, как уровень тестостерона.