Кейсы 15 сентября 2022

Травма глаза, задержка доставки и отсутствие материалов: что ведет к научным прорывам

Далее

У ученых тоже бывают курьезные истории и ошибки, иногда они даже приводят к неожиданным открытиям. Для таких работ учредили специальную премию — «Золотой Гусь». 14 сентября Американская ассоциация развития наук в очередной раз вручила эту награду. «Хайтек» рассказывает, к чему привели случайности и какие необычные истории в этом году получили призы.

Некоторые научные исследования сначала могли показаться неясными, забавными или даже глупыми. Другие — задумывались с одной целью, но случайно выходили из-под контроля и приводили к непредсказуемым результатам. Иногда, часто по счастливой случайности, они приводили к научному прорыву. Именно для таких открытий придумали премию «Золотой Гусь».

Например, создание тамоксифена — противоопухолевого препарата — началось с экспериментов, в которых ученые «забавлялись», показывая, как это вещество включает и выключает отдельные участки тела женских особей лабораторных мышей. Эта работа получила одну из премий «Золотой Гусь» в 2021 году. 

В том же году ученые отметили наградой счастливое проведение. Оказалось, развитие лекарств и вакцин мРНК началось из-за встречи двух профессоров у университетского копировального аппарата. Пока медленная машина делала свою работу у ученых было много времени, чтобы обсудить свои проблемы и выяснить, что вместе они могут их решить.

Наверняка, многие научные, да и не только, открытия были бы невозможны без случайностей и казусов. За 11 лет премия «Золотой Гусь» собрала уже 33 истории успеха. Вот три работы, которые Американская ассоциация развития наук выделила в этом году.

Как травма в лаборатории улучшила микрохирургию глаза

Почти 30 лет назад Детао Ду, аспирант Центра сверхбыстрых оптических исследований Мичиганского университета (CUOS), случайно получил лазерную травму глаза в лаборатории. К счастью, его травма не сильно повлияла на зрение. Но, изучив воздействие фемтосекундного лазера на роговицу, исследователи из Центра пришли к выводу, что низкоэнергетические лазерные импульсы можно использовать для ультратонких надрезов без повреждения вышележащих или прилегающих тканей.

Идея лазерного микрохирургии была разработана несколькими годами ранее. Но эта технология применяла пикосекундный лазер, который использовал большую энергию импульса. Это приводило к низкому качеству разрезов тканей. 

Ученые из Центра сверхбыстрых оптических исследований начали тестировать свою технологию в 1996 и 1997 годах на животных. Результаты оказались ошеломляющими: тестирование показало низкий уровень повреждений после хирургического вмешательства. Сегодня процедура, которая также известна, как полностью лазерный LASIK, считается стандартом в этой области и используется миллионами людей ежегодно для коррекции зрения.

За открытие нового метода коррекции из-за случайной травмы Рон Курц, Тибор Юхас, Детао Ду, Жерар Муру и Донна Стрикленд получили «Золотого Гуся».

Хирург проводит лазерную операцию на глазах

Как собрать микроскоп из бумаги

Во время работы в удаленных районах Индии и Таиланда ученый из Стэнфордского университета Ману Пракаш столкнулся с проблемой. В этом регионе были недоступны современные микроскопы, а транспортные и технические барьеры делали их поставку слишком дорогой. В результате на станции, где работал ученый, был только один очень дорогой микроскоп. При этом исследователи боялись им пользоваться, потому что он хрупкий, а стоит больше, чем зарплата большинства сотрудников. 

Ученый решил попробовать справиться собственными силами и создать дешевый микроскоп из доступных материалов, который можно будет использоваться в полевых испытаниях. Самым популярным из них оказалась бумага. Вместе с аспирантом Джимом Цибульски ученый начал конструировать бумажные микроскопы. Для этого он применял принципы оригами к бумаге для принтера, спичечным коробкам и папкам с файлами.

Фолдоскоп. Изображение: SockenpaketCC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

В результате ученый изобрел Foldscope. Это оптический микроскоп, который можно собрать из перфорированного листа картона, сферической стеклянной линзы, светоизлучающего диода (LED) и панели рассеивателя, а также батарейки для часов, питающей светодиод. В собранном виде устройство по размеру не превосходит закладку для книжки, а весит всего 8 грамм. 

Используя обычную линзу, увеличивающую в 140 раз, можно собрать устройство, которое позволит рассмотреть большинство популярных бактерий. Ученые утверждают, что любой человек сможет распечатать Foldscope на листе A4 и собрать его за 7 мин. За 10 лет во всем мире 2 млн бумажных микроскопов были распространены в более чем 160 странах и использовались для диагностики инфекционных заболеваний, выявления поддельных лекарств, а также во многих других областях.

Сборка фолдоскопа. Видео: James S. Cybulski et al., PLoS One

Ману Пракаш и Джим Цибульски получили «Золотого Гуся» за «способ создания недорогого высокопроизводительного бумажного микроскопа, который ученые смогут использовать для диагностики заболеваний и расширения научного образования в отдаленных районах, делая науку доступной во всем мире».

Что исследовать, когда нечего делать?

Группа ученых под руководством Лурдеса Круза и Бальдомеро Оливера в конце 1960-х годов проводила исследования ДНК. Из-за проблем с цепочками поставок материалы, необходимые для работы, не поступили, и ученые решили сконцентрироваться на изучении местных видов.

Их внимание привлекли хищные брюховидные моллюски из семейства конусов (Conidae). Прибрежные воды страны содержали большое количество улиток Conus Magus. Вдохновленные рассказами местных о смертельном воздействии токсинов этих животных на людей, исследователи принялись за эксперименты.

Оказалось, что в яде этих животных содержится более тысячи химических веществ, обладающих разными эффектами. Годы спустя в начале 1980-х годов Майкл Макинтош, который только закончил школу и работал в команде Оливеры, обнаружил среди них зиконотид. 

Сonus Magus. Изображение: Richard ParkerCC BY 2.0, via Wikimedia Commons

Это вещество, также известное под торговым названием «Приалт», оказалось одним из самых мощных неопиоидных обезболивающих. Он действует в тысячу раз сильнее морфина. Спустя годы исследований в 2004 году применение зиконотида было одобрено в США, в 2005 году — в Европе, а позже и во многих других странах мира.

Помимо лекарственного значения, зиконотид и другие вещества, выделяемые из яда Conus Magus, активно используются для изучения работы центральной нервной системы.

Крейг Кларк (посмертно), Лурдес Круз, Майкл Макинтош и Бальдомеро Оливер получили «Золотого Гуся» за «Неопиоидный болеутоляющий препарат, содержащийся в яде крошечных улиток-конусов, который значительно уменьшает боль у пациентов с хроническими заболеваниями и помогает исследователям разрабатывать новые способы картирования нервной системы организма».


Истории удивительных открытий показывают, что не бывает безвыходных ситуаций, и настоящий ученый всегда найдет место для экспериментов и открытий. Возможно, возникновение проблем с поставщиками или отсутствие оборудования — это не препятствие, а шанс создать что-то новое.


Читать далее:

Физики объяснили «космическую нестыковку» Хокинга: как это изменит науку

Посмотрите на фотографии Солнца в рекордном разрешении

Космический самолет доставит грузы на МКС и приземлится в обычном «аэропорту»