Plastic-eating caterpillars could save the planet

An escape from a shopping bag triggers an idea

MOST scientific research follows a logical progression, with one experiment following up on the findings of another. Every now and then, however, serendipity plays a part. Such is the case with a paper just published in Current Biology, which reveals to the world a moth capable of chewing up plastic.

The experiment behind the paper was inspired when Federica Bertocchini, an amateur beekeeper who is also a biologist at Cantabria University, in Spain, noticed caterpillars chewing holes through the wax in some of her hives and lapping up the honey. To identify them, she took some home in a plastic shopping bag. But when, a few hours later, she got around to looking at her captives she found the bag was full of holes and the caterpillars were roaming around her house.

After rounding them up, she identified them as larvae of the greater wax moth, a well-known pest of bee hives. On considering their escape from their shopping-bag prison, though, she wondered whether they might somehow be put to work as garbage-disposal agents.

Past attempts to use living organisms to get rid of plastics have not gone well. Even the most promising species, a bacterium called Nocardia asteroides, takes more than six months to obliterate a film of plastic a mere half millimetre thick. Judging by the job they had done on her bag, Dr Bertocchini suspected wax-moth caterpillars would perform much better than that.

To test this idea, she teamed up with Paolo Bombelli and Christopher Howe, two biochemists at Cambridge University. Dr Bombelli and Dr Howe pointed out that, like beeswax, many plastics are held together by methylene bridges (structures that consist of one carbon and two hydrogen atoms, with the carbon also linked to two other atoms). Few organisms have enzymes that can break such bridges, which is why these plastics are not normally biodegradable. The team suspected wax moths had cracked the problem.

One of the most persistent constituents of rubbish dumps is polyethylene, which is composed entirely of methylene bridges linked to one another. So it was on polyethylene that the trio concentrated. When they put wax-moth caterpillars onto the sort of film it had taken Nocardia asteroides half a year to deal with, they found that holes appeared in it within 40 minutes.

On closer examination, Dr Bertocchini and her colleagues discovered that their caterpillars each ate an average of 2.2 holes, three millimetres across, every hour, in the plastic film. A follow-up test found that a caterpillar took about 12 hours to consume a milligram of shopping bag. Such bags weigh about three grams, so 100 larvae might, if they spent half their lives eating, consume one in a month.

Whether releasing wax moths on the world’s surplus plastic really is sensible is not yet clear. For one thing, it has not been established whether the caterpillars gain nutritional value from the plastics they eat, as well as being able to digest them. If they do not, their lives as garbage-disposal operatives are likely to be short—and, even if they do, they will need other nutrients to thrive and grow. Another question is the composition of their faeces. If these turn out to be toxic, then there will be little point in pursuing the matter. Regardless of this, though, the discovery that wax-moth larvae can eat plastic is intriguing. Even if the moths themselves are not the answer to the problem of plastic waste, some other animal out there might be.

12 Fascinating Facts on Solar Energy

A timeline of future technology

Эффективен ли церебролизин при ишемическом инсульте?

Ишемический инсульт является острым патологическим состоянием, требующим неотложной медицинской помощи. Одним из лекарственных препаратов, применяемых в лечении при данной патологии, является церебролизин. Он представляет собой смесь низкомолекулярных пептидов (80%) и свободных аминокислот (20%), полученных из ткани головного мозга свиней, и обладает потенциальными нейропротекторными и нейротропными свойствами. Под нейропротекцией, в случае ишемического инсульта, понимают ингибирование патологических молекулярных событий, приводящих к притоку ионов кальция, активации свободнорадикальных реакций и гибели клеток головного мозга. Несмотря на широкую распространенность, применение данного препарата в терапии пациентов с ишемическим инсультом является дискутабельным вопросом.

21 апреля 2017 г. в Кокрановской базе данных систематических обзоров опубликованы результаты совместной работы российских и французских авторов, задачей которой являлась оценка преимуществ и рисков при использовании церебролизина в лечении пациентов с ишемическим инсультом. Для этого исследователи провели поиск в Кокрановском регистре групповых исследований инсульта, базах CENTRAL, MEDLINE, Embase, Web of Science Core Collection with Science Citation Index, LILACS, OpenGrey, а также ряде российских баз данных за период до мая 2016 г. Авторы также искали справочные списки, текущие реестры испытаний (в том числе реестр судебных разбирательств по инсультам) и материалы конференций, а также связались с производителем церебролизина, компанией EVER Neuro Pharma GmbH (ранее — Ebewe Pharma).

Критериями отбора стали рандомизированные контролируемые испытания, сравнивающие церебролизин, применение которого начиналось в течение 48 ч после начала эпизода ишемического инсульта и продолжалось любое время, с плацебо или группами пациентов без добавления к лечению данного препарата. Следствием стали 6 рандомизированных контролируемых испытаний, в которых приняли участие 1501 пациент, соответствующий критериям включения в исследование. Стоит уточнить, что производитель церебролизина, фармацевтическая компания EVER Neuro Pharma, поддерживал три мультицентровых исследования либо полностью, либо предоставляя церебролизин и плацебо, коды рандомизации, исследовательские гранты или статистиков.

В итоге авторы предоставили соответствующую статистику, в которой указано, что в категории смерти от всех причин не было существенной разницы в группах церебролизина и плацебо (46/714 в группе церебролизина против 47/703 в группе плацебо соответственно, всего 1417 участников). Серьезные побочные эффекты не имели существенной разницы в группе церебролизина и не сопровождались различиями в категории фатальных осложнений. Но, как отметили авторы, возросло количество нефатальных побочных эффектов в группе с применением препарата церебролизина по сравнению с плацебо (20/667 и 8/668 соответственно). В одном из изученных авторами исследований были указаны такие нефатальные побочные эффекты: для группы церебролизина — острый коронарный синдром, фибрилляция предсердий, сердечная недостаточность, язва желудка, пневмония (три случая), рак прямой кишки, кома, плевральный выпот, аспирационная пневмония (два случая), церебральная гематома и легочная эмболия; для группы плацебо — остановка сердечной деятельности, сердечная недостаточность, цирроз печени, инфекционный артрит, пневмония, сепсис, почечная недостаточность, дыхательная недостаточность, экстрааксиальное кровоизлияние и геморрагический инсульт (по одному случаю). В другом изученном авторами исследовании указано только одно нефатальное осложнение в группе плацебо — гематемезис (рвота с кровью). Не было различий в общем количестве людей с неблагоприятными событиями: 308/667 — в группе церебролизина против 307/668 — в группе плацебо.

Препарат церебролизин и методология большинства включенных исследований были предоставлены производителем данного лекарственного средства, создавая вероятный конфликт интересов и возможную предвзятость. Подытоживая результаты проведенного исследования, авторы пришли к заключению, что в настоящее время существуют доказательства среднего качества, позволяющие предполагать, что церебролизин действует не лучше, чем плацебо, в отношении смерти от всех причин, когда его назначают пациентам с острым ишемическим инсультом в течение 48 ч после начала инсульта. Также специалисты отметили, что существуют доказательства среднего качества, вызывающие определенную обеспокоенность по поводу увеличения доли серьезных (но нефатальных) неблагоприятных событий при применении церебролизина у людей с острым ишемическим инсультом. В связи с этим, как считают авторы, необходимы дальнейшие исследования, которые, вероятно, окажут более существенное влияние на уверенность в оценке рисков серьезных неблагоприятных событий, связанных с применением церебролизина у пациентов с острым ишемическим инсультом.

• Ziganshina L.E., Abakumova T., Vernay L. (2017) Cerebrolysin for acute ischaemic stroke. Cochrane Database Syst Rev., 21 April [Epub. ahead of print].

Олег Мартышин

Белковая пища может нарушать работу печени

В ходе крупного эпидемиологического исследования ученые из Медицинского центра Эразма Роттердамского (Rotterdams Erasmus Medical Centre), Нидерланды, пришли к выводу, что диета, содержащая большое количество белков животного происхождения, может быть ассоциирована с повышенным риском развития неалкогольной жировой болезни печени (НАЖБП) — патологии, при которой в гепатоцитах накапливаются молекулы жира. Результаты данной работы представлены ее авторами на Международном конгрессе по заболеваниям печени (International Liver Congress), который прошел в Амстердаме, Нидерланды. Кроме того, исследователи выяснили, что употребление фруктозы само по себе не представляет столь значимой угрозы для здоровья, как принято полагать.

НАЖБП является серьезной медицинской проблемой, поскольку нарушает работу печени и может привести к развитию цирроза и рака. Данное состояние рассматривается специалистами как жизнеугрожающее, для лечения при данной патологии может потребоваться трансплантация печени. Кроме того, НАЖБП повышает вероятность развития сердечно-сосудистых заболеваний, например атеросклероза, и сахарного диабета 2-го типа. Признаки патологии отмечают примерно у 1 млрд жителей планеты, причем 20–30% из них проживают в Северной Америке и странах Западной Европы. НАЖБП — патология, распространенность которой стремительно увеличивается с каждым годом, что делает ее одной из наиболее острых проблем общественного здравоохранения. На ранних стадиях лечение пациентов с этим заболеванием заключается в изменении образа жизни и соблюдении определенной диеты для уменьшения массы тела. Однако в настоящее время специалисты не могут с уверенностью сказать, что данные меры могут способствовать полному восстановлению ткани печени, кроме того, возможно, ключевую роль играет не калорийность рациона, а его состав.

Участниками представленной работы стали 3440 человек (средний возраст — 71 год), у 2400 из которых отмечена избыточная масса тела (индекс массы тела ≥25 кг/м2). Их пищевые привычки оценивали с помощью специально разработанного опросника. По данным ультразвукового исследования ученые определили наличие признаков НАЖБП у 1191 (35%) участника. Они отметили, что наиболее выраженная взаимосвязь между характером питания и риском развития НАЖБП существовала у пациентов с избыточной массой тела. Наибольший вклад в показатель риска вносила доля общего белка и белка животного происхождения. После учета различных метаболических факторов исследователи определили, что значение имеет только количество белков животного происхождения в рационе питания. Кроме того, они отметили, что диета с большим содержанием моно- и дисахаридов снижает вероятность развития НАЖБП. Данная ассоциация не изменяется при учете различных факторов метаболического риска.

Автор работы доктор Луис Альферинк (Louise Alferink) подчеркнул, что здоровый образ жизни является краеугольным камнем лечения при НАЖБП, однако специфические диетологические рекомендации на сегодня отсутствуют. Результаты, полученные в ходе исследования, свидетельствуют о том, что у людей пожилого возраста с избыточной массой тела чрезмерное употребление животных белков может обусловить развитие НАЖБП. Это согласуется с гипотезой, что стиль питания, распространенный в развитых странах, который отличается высокой долей животных протеинов и рафинированных продуктов, может привести к нарушению гомеостаза и изменению метаболизма глюкозы. Не менее интересным, по мнению доктора Л. Альферинка, является вывод о том, что употребление продуктов, содержащих фруктозу, не ассоциировано с развитием НАЖБП, несмотря на существующие рекомендации о необходимости полного исключения этого моносахарида из рациона питания при лечении больных данного профиля. Эти результаты следует интерпретировать с осторожностью, однако, возможно, поступление в организм фруктозы с фруктами и овощами не имеет негативного влияния на состояние здоровья вследствие большого количества антиоксидантов в указанных продуктах.

• Birerdinc A., Younossi Z. (2015) Can NASH lipidome provide insight into the pathogenesis of obesity-related non-alcoholic fatty liver disease? J. Hepatol., 62(4): 761.
• European Association for the Study of the Liver (2017) Diet high in animal protein is associated with NAFLD in overweight people: Significant associations between macronutrients and non-alcoholic fatty liver disease were found predominantly in overweight individuals. ScienceDaily, Apr. 21 (http://www.sciencedaily.com/releases/2017/04/170421084920.htm).

Юлия Котикович

FAVORITE IMAGES OF THE WEEK - 11

NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA/PSI

Vesta's Many Colors

This shot, from a video taken by NASA's Dawn mission, shows Vesta, the giant asteroid, in a new light. It's not really those colors, of course. It's just colored that way to show elevation. Still pretty though. Read more here.

Martin Pugh

Sagitriplet

This gorgeous shot from Martin Pugh shows the Sagittarius constellation with three of its nebulae, named (not so interestingly) M8, M20, and MGC 6559. Read more here.

U.S. Navy/Jarod Hodge

Bursting Through

This is what it looks like when an F/A 18F Super Hornet bursts through the sound barrier. Read more here.

NASA, ESA, the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration, and W. Keel (University of Alabama)

Overlapping Galaxies

These two galaxies look like they're colliding, but it's actually just an illusion based on our perspective from Earth--they're actually tens of millions of light-years apart. Read more here.

Ron Miller

Titan's Beach

According to NASA's Cassini spacecraft, Saturn's moon Titan has methane oceans, raising the possibility of life existing there. It may look tropical, but that's only by the standards of the outer reaches of the solar system--temperatures are around −290 °F. Read more here.

Courtesy NIWA

Crown Jellyfish

Nobody's quite sure what this jellyfish is, yet. It was found in a canyon 5,000 feet below the surface, and is colored so prettily because the deep red would be invisible that far underwater. Read more here.

T. Rector (U. Alaska Anchorage), & N.S. van der Bliek (NOAO/AURA/NSF)

Thackeray's Globules

Heading toward the Centaurus constellation, you'll find these huge, opaque clouds of dust and gas. Discovered by A.D. Thackeray in 1950, they're commonly referred to as Thackeray's globules. Read more here.

FAVORITE IMAGES OF THE WEEK - 10

Kevin Hand (JPL/Caltech), Jack Cook (Woods Hole Oceanographic Institution), Howard Perlman (USGS)

Europa's Water

Here's what Earth (right) and Jupiter's moon Europa (left) would look like if all the water was removed and shaped into a lovely blue sphere. Europa's ocean is two to three times larger than our own. Read more here.

Libero Rutilo

The Green Wheel

This hydroponic wheel was actually, according to FastCoDesign, thought up by NASA back in the 1980s as a way to grow plants in space. It was never actually made, for some reason, but designer Libero Rutilo brought it back in this mockup. Seems like it's work well in apartments as well!

RayFish Footwear

Stingray Leather

We're pretty sure this isn't possible for a few reasons--like, we haven't sequenced the stingray's genome, and it seems unlikely that we'd have this level of control anyway--but a company called RayFish is attempting to offer a customized shoe made of genetically modified stingray leather. You pick what you want the stingray to look like, RayFish creates said stingray, then kills it, skins it, and makes shoes out of it. Just for you! It's weird. Read more here.

EPFL/Grégoire Courtine via Reuters

Run Rat Run

This rat may be running a little oddly, but remember what happened to it--this rat was previously paralyzed, and a combination of drugs actually enabled it to walk again. Read more about it here, and don't forget to check out American Photo Mag for more amazing photojournalism like this.

X-ray: NASA/CXC/SAO; IR & UV: NASA/JPL-Caltech; Optical: NASA/STScI

Pinwheel Galaxy

The Pinwheel Galaxy, located in Ursa Major, is about 21 million light-years from Earth--but we can still enjoy its cheerfulness. Read more here.

Jennifer R.S. Gordon and Joaquin C. Brieva

Half Aged

This guy is a truck driver, 69 years old, who's been exposed to 25 years of direct sunlight thanks to his job--but only on the left side of his face. So we get a first-hand view at how much more aged human skin looks when bombarded with sunlight over the years. Crazy. [via Gizmodo]

FAVORITE IMAGES OF THE WEEK - 9

Gerardo Aizpuru

Jewel Caterpillar

The Jewel Caterpillar--probably, though it hasn't been formally confirmed, an Acraga coa, belonging to a family of moths known as Alceridae--is sometimes known as a "slug caterpillar" due to gooeyness. This one was photographed near Cancun, Mexico. [via BoingBoing]

NASA/JPL-Caltech

Super Earth

This artist's concept of a so-called "super Earth" is a representation of a first-of-its-kind view that NASA's Spitzer Space Telescope caught this week. For the first time, we've seen direct light from a super Earth, "using its sensitive heat-seeking infrared vision." The planet is incredibly close to the star it orbits, and probably has a rocky core surrounded by both liquid and gaseous water. Read more here.

Wikimedia Commons

London Rooftop Missiles

We learned last week that, to protect the games or possibly just freak us the hell out, some London residents will play host to rooftop missiles during the Olympics. Here's what that missile will look like: a Starstreak High Velocity Missile. Read more here.

Tony LaCasse/New England Aquarium

Calico Lobster

This is a calico lobster. Caught off the coast of Maine, it was originally going to be eaten, because obviously, lobsters are delicious, that's what you do with them. But it's weird coloration (only 1 in 30 million are colored this way) led it to the New England Aquarium instead. Read more here.

Reuters/Darley Shen

DIY Double-Seater Sub

Zhang Wuyi, a farmer, created this double-seater sub--one of six. To see more photojournalism like this, head over to American Photo Mag.

USGS

Earth as Art

The U.S. Geological Survey occasionally exhibits some of the amazing satellite imagery taken of our planet--even though the satellite is for scientific purposes, sometimes it produces just stunningly beautiful images. Read more here.

BIG

Skyscraper

A Danish architecture firm called BIG have designed an apartment building, or group of buildings, or something, that is/are shaped like a hashtag. #Unlikely but #supercool. Read more here.

NASA/JPL-Caltech

Black Hole Revs Up

This artist's concept of the galaxy Arp 220 is based on data picked up by the Hubble Space Telescope. It's meant to show how a black hole that's revving up in power can suppress a galaxy's ability to birth new stars. Read more here.

Wenceslao T. Medina, Andre ́s A. de la Llera, Juan L. Condori, and Jose ́ M. Aguilera

Cereal Science

In one of our favorite stories of the week, a team of scientists sought to answer a question that has plagued absolutely nobody for absolutely no time: why does cereal taste better with milk than with water? Included in the article (which had amazing quotes) were these precise/hilarious magnified shots of soggy breakfast cereal.

Важный фактор развития атеросклероза и стеатоза печени

Резюме. Исследуется механизм развития атеросклероза и стеатоза печени у индивидуумов со сниженной экспрессией toll-белка

Атеросклероз и стеатоз печени являются широко распространенными медицинскими проблемами во всем мире. Развитию этих заболеваний предшествует внутриклеточное накопление липидов посредством альтернативной липофагии, механизм которой до сих пор не выяснен.

В апреле 2017 г. в «Журнале Американской кардиологической ассоциации» («Journal of the American Heart Association» — «JAHA»), США, опубликованы результаты исследования ученых из Департамента биологических наук Политехнического института Вирджинии Государственного университета США (Department of Biological Sciences, Virginia Polytechnic Institute and State University), Блексбург. Авторы выдвигают гипотезу о том, что значительная роль в патогенезе атеросклероза и стеатоза печени принадлежит одному из элементов врожденного иммунитета — toll-белку (toll‐interacting protein — Tollip), а именно его участии в механизме слияния лизосом с аутофагосомами.

Исследование по выяснению роли Tollip в клиренсе липидов поддержано грантами от Национальных институтов здравоохранения (National Institutes of Health), США, и премией докторантуры Американской кардиологической ассоциации (Award from the American Heart Association).

Связующий белок Tollip является уникальным сигнальным агентом, участвующим в модуляции врожденного иммунитета и воспалительных процессов. Посредством доменной фиксации протеинкиназы с Tollip протекает процесс слияния лизосом с аутофагосомами. Вовлечение Tollip в ход воспалительных процессов является сложным и существенно зависит от конкретных условий. При остром и сильном воспалительном стрессе Tollip может блокировать ядерный фактор κB, подавляя чрезмерную воспалительную реакцию. С другой стороны, при хронических низкосортных воспалительных процессах, когда ядерный фактор κB может не индуцироваться, Tollip служит энхансером низкосортного воспаления через индукцию митохондриальных активных форм кислорода.

Липофагия в норме необходима для модуляции внутриклеточного хранения липидов, регуляции клеточного уровня свободных липидов и гомеостаза энергии. Отмечено, что внутриклеточные липиды могут модулировать аутофагию, но механизм этого явления пока неясен. Нарушение липофагии может приводить к чрезмерному накоплению липидов в тканях, такому как стеатоз печени и атеросклероз. Однако клеточные и молекулярные механизмы, ответственные за модуляцию липофагии, недостаточно изучены. Потенциальную роль Tollip в процессе липофагии не исследовали.

Объектом данного исследования были подопытные животные (мыши), рацион которых содержал повышенное количество липидов. После 2 мес кормления у Tollip-дефицитных особей развился обостренный атеросклероз. Посредством электронно-микроскопического анализа авторы наблюдали компромиссное слияние липидных капель с лизосомами внутри макрофагов аорты, а также гепатоцитов печени мышей с нормальной и сниженной экспрессией Tollip. В качестве молекулярного индикатора нарушения слияния лизосом рассматривали уровень внутриклеточного белка р62 — известного маркера аутофагии, а также содержание молекул — энхансеров завершения липофагии. С помощью иммуногистохимического анализа выявлен повышенный уровень содержания гладкомышечных клеток в бляшках аорты Tollip-дефицитных особей. Интригующим, по словам авторов, было выявление у особей с низким уровнем Tollip меньшего количества циркулирующих воспалительных цитокинов, таких как фактор некроза опухоли-α, и, напротив, повышенных уровней трансформирующего фактора роста-β. У Tollip-дефицитных животных выявлена корреляционная зависимость наличия атеросклеротических бляшек с повышенным уровнем коллагена.

Поскольку дефицит Tollip вызвал повышение уровня липидов в плазме крови, а также отложение липидов в печени, авторы решили отследить зависимость дефицита Tollip от повышенной инфильтрации воспалительных клеток в тканях печени. Количество инфильтрированных нейтрофилов было значительно меньшим в тканях печени Tollip-дефицитных мышей. Эти данные свидетельствуют о том, что дефицит Tollip избирательно влияет на накопление липидов, уменьшая инфильтрацию воспалительных клеток.

Таким образом, выявлена зависимость образования стабильных атеросклеротических бляшек, увеличения циркулирующих липидов, развития стеатоза печени и уменьшения воспаления от содержания Tollip в клетках. Ослабленная липофагия и пониженная экспрессия медиаторов воспаления из-за дефицита Tollip могут быть основными причинами. Данные, полученные авторами, также свидетельствуют о том, что накопление липидов и показатели воспаления во время прогрессирования атеросклероза и стеатоза могут быть взаимосвязанными, но не зависимыми процессами.

Фактически исследование показывает двойную роль Tollip: в клиренсе липидов и системном воспалении. Эти данные расширяют имеющиеся сведения, полученные в испытании in vitro, о роли Tollip в лизосомных процессах. Настоящая работа подтверждает результаты предыдущих исследований на животной модели in vivo в специфическом контексте липофагии. Дефектная липофагия и снижение экспрессии липопротеинлипазы из-за недостаточности Tollip, изучаемого в этом исследовании, помогают объяснить повышенное отложение липидов в атеросклеротических бляшках и печени.

Среди многочисленных индукторов хронического воспаления субклиническую эндотоксемию со сверхнизким уровнем циркулирующих липополисахаридов все чаще выявляют при хронических заболеваниях, таких как сахарный диабет и атеросклероз.

Несмотря на повышенное отложение липидов в печени, не отмечено видимого фиброза в тканях, что отличается от обычных моделей неалкогольной жировой болезни печени (НЖБП) с воспалительным компонентом, при котором фиброз является частым явлением, приводящим к циррозу. Животные с НЖБП, как правило, имеют увеличенное воспаление в органе, проявляющееся повышенной инфильтрацией нейтрофилами. Здесь же, напротив, зафиксирована меньшая инфильтрация нейтрофилами.

В совокупности данные авторов свидетельствуют, что дефектная липофагия может частично способствовать патогенезу стеатоза, а отсутствие воспалительного компонента может препятствовать полномасштабному развитию НЖБП с фиброзом и циррозом.

Восстановление правильной функции Tollip вместо полной блокировки может представить оптимальный подход к лечению при атеросклерозе и стеатозе. Авторы предостерегают о проведении трансляционных исследований, направленных на терапию при атеросклерозе путем полного блокирования молекул-мишеней с помощью ингибиторов. Вместо этого сбалансированные подходы к восстановлению надлежащих функций молекул-мишеней и путей могут иметь лучшие терапевтические перспективы в эффективном лечении при хроническом атеросклерозе.

• Chen K., Yuan R., Zhang Y. et al. (2017) Tollip deficiency alters atherosclerosis and steatosis by disrupting lipophagy. JAHA, 10 Apr. (http://jaha.ahajournals.org/content/6/4/e004078).

Александр Гузий

Иммунная система может изменять структуру головного мозга

В ходе двух новых независимых исследований ученые Университета Базеля (University of Basel), Швейцария, доказали наличие взаимосвязи между иммунной системой и функциональным состоянием головного мозга. Они отметили, что данная взаимо­связь более значима, чем принято полагать. Полученные результаты опубликованы в журналах «Nature Communications» и «Nature Human Behaviour».

Иммунная система выполняет множество важнейших функций, таких как защита от бактериальных агентов и предотвращение развития раковых заболеваний. Однако в головной мозг иммунокомпетентные клетки из кровяного русла не проникают, поскольку гематоэнцефалический барьер для них непроницаем. Этот барьер защищает головной мозг от патогенов и токсинов, циркулирующих в крови, а также участвует в разделении клеток иммунной системы, функционирующих в кровяном русле, от тех, которые выполняют свои специфические функции в головном мозгу. До недавнего времени специалисты полагали, что состояние мозга в значительной степени не зависит от активности периферической иммунной системы. Однако в последние годы ученые получили достаточное количество доказательств того, что иммунные клетки, находящиеся в общем кровотоке, способны воздействовать на головной мозг.

Поиск регуляторных механизмов

В ходе первой работы ученые изучили эпигенетические профили 533 здоровых людей молодого возраста. В общегеномном исследовании специалисты идентифицировали эпигенетические изменения, коррелирующие с утолщением коры больших полушарий, в частности тех отделов, которые важны для формирования памяти. Полученные результаты ученые перепроверили, проанализировав данные еще 596 человек. Они пришли к выводу, что гены, участвующие в регулировании активности иммунной системы в кровяном русле, определяют взаимосвязь между эпигенетическим профилем и структурой головного мозга.

Генетические варианты при травматических воспоминаниях

Во второй работе исследователи изучали генетические особенности здоровых участников, которые могли очень хорошо или очень плохо вспоминать негативные события. Оказалось, что вариант гена TROVE2, роль которого в развитии иммунологической патологии в настоящий момент выясняется, был взаимо­связан со способностью к запоминанию большого количества негативных картин, не оказывая особого влияния на общее состояние памяти. Изучаемый вариант гена способствовал повышению активности отдельных участков головного мозга, участвующих в эмоциональных переживаниях. Кроме того, ученые определили, что активность данного гена взаимосвязана с яркостью травмирующих воспоминаний у людей, перенесших негативные события.

Ученые резюмировали, что результаты, полученные в ходе обеих работ, свидетельствуют о том, что структура головного мозга и состояние памяти связаны с активностью генов, которые также выполняют важные иммунные регуляторные функции. Соавтор работ доктор Андреас Папассотиропулос (Andreas Papassotiropoulos) отметил, что, несмотря на то что механизмы, лежащие в основе выявленной взаимосвязи, остаются неизвестными и их следует изучить в ходе будущих работ, он надеется, что полученные результаты помогут в разработке новых терапевтических подходов. Так, на состояние иммунной системы можно воздействовать определенными лекарственными препаратами. Возможно, этими же препаратами можно влиять и на функции головного мозга.

Инновационные исследовательские методы

Авторы исследования подчеркнули, что проведение работ стало возможным благодаря принципиально новым нейрофизио­логическим и генетическим методам, разработанным учеными Университета Базеля. Эти методы призваны помочь в изучении функций головного мозга и разработке новых стратегий лечения психических заболеваний.

• Freytag V., Carrillo-Roa T., Milnik A. et al. (2017) A peripheral epigenetic signature of immune system genes is linked to neocortical thickness and memory. Nature Communications, April 26 [Epub. ahead fo print].
• Heck A., Milnik A., Vukojevic V. et al. (2017) Exome sequencing of healthy phenotypic extremes links TROVE2 to emotional memory and PTSD. Nature Human Behaviour, March 27 [Epub. ahead fo print].
• University of Basel (2017) Immune system, brain structure and memory linked. ScienceDaily. April 26 (http://www.sciencedaily.com/releases/2017/04/170426092340.htm).

Юлия Котикович

Internet of Things (IoT) Day: 3 takeaways for the healthcare supply chain

Whether we realize it or not, we’re past the age of the Internet and well into the age of the Internet of Things (IoT) in which increased, virtual communication among machines is poised to completely transform healthcare as we know it—making the industry smarter and more efficient. Thankfully so because there’s simply no more room for wasted time and money.

The scope of current inefficiency in the medical devices market, for example, is staggering. These devices alone contribute to an estimated $5 billion¹ in waste annually. There are many other sources of waste including excess inventory, product loss, expiry products, revenue leakage at the point of charge capture, and unnecessary shipping costs caused by poor inventory tracking and planning.

As you celebrate the Internet of Things Day (April 9, 2017), the implication for supply chain is simple: Waste must – and can – be eliminated. Consider these three supply chain opportunities, and how eliminating waste with an IoT approach and advanced technologies can help promote efficiency:

1. View the supply chain holistically and expansively, from sourcing to usage.
   The healthcare supply chain is no longer just about manufacturing, distributing, and transporting products. In order to properly evaluate the value chain, therefore, it must be viewed holistically, encompassing both direct and indirect costs. This caliber of system-wide valuation demands data and lots of it – data that can be collected, aggregated, visualized and acted upon.
   Key takeaway: Leverage IoT technologies to enable cloud-based, system-wide inventory management with data analytics to connect products and processes with their true cost.
2. Invest in technology to improve the “user experience” for clinical staff.
   According to a recent survey, physicians and nurses report spending nearly 20 percent of their work in a week on supply chain management tasks – like searching the store room for a specific cardiac catheter or counting the number of products used in a case. Sixty-five percent of those surveyed would trade this time to be with their patients. But with advanced product-tracking technologies, like radio frequency identification (RFID) systems, clinical documentation can be as easy as waving a product by an RFID-reader in the operating room.
   Key takeaway: Use the IoT’s connectivity and data-sharing capabilities to free the frontline staff from inventory-related burdens.
3. Adopt automated technologies to improve accuracy, speed, and spend.
   In a recent survey, supply chain leaders estimated $500,000 in annual savings using automated
   supply chain technology. Properly balancing inventory levels to match usage patterns, reducing and properly managing product expirations, freeing up capital, and reducing patient risk are just a few ways automation can improve the speed and accuracy of supply chain management. Data gleaned from IoT connectivity is also enabling proper management of consignment, accurate clinical documentation, and product and workflow standardization across entire enterprises.
   Key takeaway: The healthcare supply chain is a strategic asset that can yield large financial
   savings, and the IoT is key to propelling change.

Tech savvy and visionary hospitals and health systems are adopting this Internet of Things approach to the way they manage products and processes to reduce costs, improve efficiencies and improve the total cost of care. How can your hospital take advantage of the connectivity and efficiencies that IoT and automated technologies have to offer?

¹PNC Healthcare; GHX quantitative research study (August 2011)

About Cardinal Health Hospital Supply Chain Survey 
This study was fielded Oct. 19 - Nov. 4, 2016, using an online survey methodology. The samples were drawn from SERMO’s Online Respondent Panel of Health Care Providers, which includes over 600,000 medical professionals in the United States. The study included 403 respondents total, including frontline healthcare providers in hospitals (n=201), service line leaders in hospitals (n=100), and hospital/supply chain administrators (n=102). All survey data on file at Cardinal Health.

What Causes Waking Up Too Early Among Older People?

Disrupted Sleep and Insomnia May Occur Due to Sleep Apnea, Circadian Changes

If you are an older person who wakes up too early in the morning, you may wonder what causes you to do so.

Aging may contribute to multiple unique conditions that worsen sleep in the retirement years and among the elderly. Discover some of the potential causes of early morning awakenings, including contributors to insomnia such as circadian rhythm and melatonin production changes, advanced sleep phase syndrome, dementia, untreated sleep apnea, mood disorders like depression, and even going to bed too early.

Understanding the Nature of Insomnia

Not everyone who wakes up too early suffers from insomnia. Insomnia is defined as difficulty falling asleep or returning to sleep after an awakening. It may lead to prolonged periods of wakefulness and may make sleep less refreshing. It may cause impairment during the daytime, including symptoms of fatigue as well as worsening mood, concentration, short-term memory, and pain complaints. There are many potential causes of insomnia.

It is normal to wake up at night. If the awakening is brief, it may be easy to return to sleep. Unfortunately, awakenings towards morning may come at a time when it is difficult to get back to sleep. This is because the sleep drive, a desire for sleep dependent on the levels of a chemical called adenosine in the brain, has been greatly diminished. Many times an awakening toward morning results in the affected person simply staying awake the rest of the night.

What causes early morning awakenings to occur? To better answer this question, it may be helpful to explore the corresponding system that enhances our ability to sleep overnight.

The Role of Circadian Rhythms and Melatonin in Aging

Beyond sleep drive, the circadian alerting signal is imperative to determining the patterns of sleep and wakefulness.

In particular, it helps to coordinate the timing of sleep to occur during the natural period of darkness. An area of the brain called the suprachiasmatic nucleus (SCN) in the hypothalamus directs this rhythm. It lies close to the optic nerves that extend from the eyes to the brain. As such, it is heavily influenced by light input.

Light, especially morning sunlight, has a strong influence on the circadian rhythm. It reinforces waking. If an organism lives in an exposed environment, it may not be safe to remain asleep when it is daytime. Light helps to adjust the timing of sleep. This also seasonally impacts sleep and mood. In the winter, many people have a desire to sleep in as darkness persists, and inadequate light may contribute to seasonal affective disorder.

In older people, it is common for the brain to produce less melatonin. This sleep signal may reinforce the ability to sleep. This decrease in production may be due to changes in the pineal gland. It is also possible that decreased light perception, such as the discoloration that often occurs in the lenses of the eyes among older people, may play a role. Some people take melatonin as a sleep aid in an attempt to normalize these levels, but this may be of limited benefit.

Older adults are more likely to experience two circadian rhythm sleep disorders: advanced sleep phase syndrome (ASPS) and irregular sleep-wake rhythm. Each of these may cause early morning awakenings. ASPS is characterized by a desire to fall asleep and wake early. Those affected may doze in the late evening hours and then wake by 4AM with an inability to get back to sleep. This condition is relatively uncommon, affecting about 1 percent of people. It may have a genetic predisposition.

Irregular sleep-wake rhythm occurs more often among people who are institutionalized, especially among those with dementia like Alzheimer’s disease.

This may be due to reduced exposure to the natural patterns of light and darkness. It may also occur due to damage or degeneration of areas of the brain that are important for circadian regulation. The incidence is not well studied, but it is believed to be relatively rare among healthy populations.

Blaming Sleep Needs and Sleep Apnea in Older People

There are perhaps two reasons older people wake up too early that account for most of these awakenings: sleep needs and sleep apnea. Beyond the age of 65, it is estimated that the average sleep need decreases from 7 to 9 hours to 7 to 8 hours. This may seem like a modest difference, but it may still be significant. Retirementitself may contribute to its impact.

Often as people retire, they relish the opportunity to permanently silence their alarm clocks. Such folks might say, “I am retired: I don’t have to get up at a specific time any more.” Although this may be true in reference to work demands, it may neglect a bodily need. By allowing the wake time to vary—rather than getting up at the same time every day—the circadian rhythm and sleep drive are both impacted. The restricted lifestyle in retirement may also contribute to boredom and social isolation, prompting some to even go to bed earlier.

Moreover, due to the diminished need for sleep among this age group, the quality of rest can be compromised by spending more time in bed. If someone now needs 7 hours of sleep, but goes to bed at 9 PM and tries to sleep until 7 AM (even after an earlier awakening), the 10 hours in bed will include 3 hours of insomnia. This can occur even among those who previously slept well, as the time in bed exceeds the ability to sleep. Reducing the time in bed to reflect current sleep needs may enhance the quality of sleep and reduce these awakenings.

In addition, obstructive sleep apnea often contributes to early morning awakenings. This condition occurs more often among older people, with the frequency increasing 10-fold in women beyond menopause. Sleep apnea may be associated with snoring, daytime sleepiness, teeth grinding (bruxism), waking often to urinate (nocturia), and unwanted awakenings that lead to insomnia.

Sleep apnea may be worsened during periods of REM sleep, when the muscles of the body are relaxed so that dream-enactment does not occur. REM sleep occurs at 90-minute to 2-hour intervals and is concentrated in the last third of the night. (These regular sleep cycles also prompt a brief awakening as each cycle is completed.)

Perhaps not coincidentally, this timing often corresponds to regular early morning awakenings. Sleep apnea may cause a person to wake, and insomnia may make it harder to get back to sleep. Treatment of sleep apnea with continuous positive airway pressure (CPAP) or an oral appliance may help to reduce these events.

Considering Mood and Other Environmental Causes of Waking Too Early

Finally, it may be important to consider the role of mood disorders contributing to early morning awakenings in older people. Depression is often associated with these events. It should be noted that depression is also strongly linked to sleep apnea, so this might be more evidence of an underlying sleep-related breathing disorder.

In addition, anxiety may exacerbate insomnia. No matter the cause, if the awakening elicits an anxious or frustrated response, it will become more difficult to return to sleep. This might be improved with cognitive behavioral therapy for insomnia (CBTI).

Treatment of these mood disorders may help to improve sleep. There seems to be a bidirectional relationship, with one inevitably affecting the other. By improving both mood and sleep simultaneously, both can improve.

It might also be important to consider the influence of environmental factors. Noise, light, and temperature may prompt awakenings. Consider whether changes in the sleep environment are necessary to optimize the quality of early morning sleep.

If you continue to wake too early, and feel that you are overly tired with poor quality sleep, consider speaking with a board-certified sleep physician. By reviewing your history, it may be possible to identify causes and conditions that may respond well to treatment.

Sources:

Brzezinski, A et al. "Effects of exogenous melatonin on sleep: a meta-analysis." Sleep Med Rev 2005;9:41.

Kryger MH et al. "Principles and Practice of Sleep Medicine." Elsevier, 6th edition, 2016.

Moore-Ede, MC et al. “A physiological system measuring time,“ in The Clocks That Time Us. Cambridge, Massachusetts, Harvard University Press, 1984, p. 3.

Peters, BR. “Irregular Bedtimes and Awakenings,” in Evaluation of Sleep Complaints. Sleep Med Clinic. 2014;9:481-489.