[작성자:] admin

어두운 엑시톤은 초박형 반도체 재료에서 형성되며 희미한 빛만 방출하기 때문에 일반적으로 감지할 수 없습니다. 그럼에도 불구하고 과학자들은 이 물질이 특이한 방식으로 빛과 상호 작용하고 비교적 오랜 기간 동안 안정적으로 유지되며 주변 환경의 방해를 덜 받아 결어긋남을 줄이는 데 도움이 되기 때문에 오랫동안 양자 정보 및 고급 포토닉스에 유망한 것으로 여겨 왔습니다.

나노크기 디자인으로 암흑 엑시톤 증폭

이러한 숨겨진 상태를 보기 위해 연구진은 원자 3개 두께의 물질인 이셀레나이드 텅스텐(WSe2)의 단일 층과 결합된 금 나노튜브로 만들어진 작은 광학 공동을 만들었습니다. 이 구조는 어두운 엑시톤의 밝기를 300,000배나 증가시켜 이를 명확하게 관찰할 수 있게 하고 동작을 정밀하게 제어할 수 있게 했습니다.

CUNY 대학원 센터 물리학과의 저명한 아인슈타인 교수이자 CUNY 대학원 센터(CUNY ASRC) 첨단 과학 연구 센터의 포토닉스 이니셔티브 창립 이사인 수석 연구원인 Andrea Alù는 “이 연구는 우리가 이전에 도달할 수 없었던 가벼운 물질 상태에 접근하고 조작할 수 있다는 것을 보여줍니다.”라고 말했습니다. “이 숨겨진 상태를 마음대로 켜고 끄고 나노 수준의 해상도로 제어함으로써 감지 및 컴퓨팅을 포함한 차세대 광학 및 양자 기술을 혁신적으로 발전시킬 수 있는 흥미로운 기회를 열었습니다.”

숨겨진 양자 상태의 전기 및 자기 제어

연구팀은 또한 이러한 암흑 엑시톤이 전기장과 자기장을 사용하여 전환되고 조정될 수 있음을 시연했습니다. 이러한 수준의 제어는 온칩 포토닉스, 고감도 검출기 및 보안 양자 통신을 위한 새로운 설계를 지원할 수 있습니다. 중요한 것은 이 방법이 재료의 원래 특성을 보존하는 동시에 가벼운 물질 결합에서 기록적인 개선을 달성한다는 것입니다.

제1저자인 Jiamin Quan은 “우리의 연구는 이전에 한 번도 관찰된 적이 없는 스핀이 금지된 새로운 암흑 엑시톤 계열을 밝혀냈다”고 말했다. “이 발견은 시작에 불과합니다. 2D 재료에 숨겨진 다른 많은 양자 상태를 탐색할 수 있는 길을 열어줍니다.”

플라즈모닉스의 논쟁 해결

이번 발견은 또한 플라즈몬 구조가 가까이 배치되었을 때 근본적인 특성을 변경하지 않고 암흑 엑시톤을 증폭시킬 수 있는지에 대한 오랜 질문을 다루고 있습니다. 연구진은 나노미터 두께의 질화붕소 층으로 만들어진 플라즈몬-여기자 이종구조를 설계함으로써 이 문제를 해결했는데, 이는 새로 확인된 암흑 여기자를 밝히는 데 필수적인 것으로 입증되었습니다.

이 연구는 공군 과학연구실, 해군연구실, 국립과학재단의 지원을 받았습니다.

몇 세기 후, NASA의 카시니-호이겐스(Cassini) 임무는 그 탐사를 우주 시대로 이끌었습니다. 2005년부터 우주선은 토성과 위성에 대한 과학자들의 관점을 재구성하는 수많은 상세한 이미지를 반환했습니다. 가장 극적인 발견 중 하나는 작은 얼음 달인 엔셀라두스(Enceladus)에서 우뚝 솟은 간헐천이 물질을 우주로 쏘아 올려 토성 주위에 분출된 잔해로 만들어진 희미한 하위 고리를 생성한 것입니다.

Cassini가 수집한 데이터를 사용하여 TACC(Texas Advanced Computing Center)에서 실행되는 새로운 컴퓨터 시뮬레이션은 이제 엔셀라두스가 우주로 손실되는 얼음의 양에 대한 정밀한 추정치를 제공합니다. 업데이트된 숫자는 달의 내부 활동을 이해하고 잠재적으로 생명체를 지원할 수 있는 묻힌 바다를 탐험할 수 있는 미래 로봇 임무를 계획하는 데 중요합니다.

“엔셀라두스의 질량 유량은 과학 문헌에서 발견한 것보다 20~40% 정도 낮습니다.”라고 왕립 벨기에 우주 항공 연구소의 선임 연구원이자 UT 오스틴 항공 우주 공학 및 엔지니어링 역학 부서의 계열사인 Arnaud Mahieux는 말했습니다.

슈퍼컴퓨터와 DSMC 모델로 깃털 물리학 공개

Mahieux는 2025년 8월 지구물리학 연구 저널: 행성(Journal of Geophysical Research: Planets)에 게재된 엔셀라두스의 계산 연구의 교신저자입니다. 이 연구에서 그와 그의 동료들은 직접 시뮬레이션 몬테카를로(DSMC) 모델을 사용하여 엔셀라두스 표면의 균열과 통풍구에서 분출된 후 거대한 수증기 기둥과 얼음 알갱이가 어떻게 행동하는지 더 잘 설명했습니다.

이 프로젝트는 Mahieux가 주도하고 2019년에 발표된 이전 연구를 기반으로 합니다. 이전 연구는 DSMC 기술을 사용하여 통풍구의 크기, 수증기와 고체 얼음 입자의 비율, 물질의 온도, 우주로 탈출하는 속도 등 기둥의 시작 조건을 파악한 최초의 연구였습니다.

Mahieux는 “DSMC 시뮬레이션은 매우 비용이 많이 듭니다.”라고 말했습니다. “우리는 2015년에 TACC 슈퍼컴퓨터를 사용하여 계산 시간을 48시간에서 지금은 단 몇 밀리초로 줄이기 위한 매개변수화를 얻었습니다.”

연구팀은 이러한 수학적 매개변수화를 사용하여 엔셀라두스의 극저온 화산 기둥의 밀도, 가스와 입자의 이동 속도 등 주요 특성을 계산했습니다. 그들은 우주선이 제트기를 직접 통과하는 동안 수집된 카시니 측정값을 기반으로 계산을 했습니다.

“우리의 새로운 연구의 주요 발견은 100개의 극저온 화산 발생원에 대해 물질이 빠져나가는 온도와 같이 이전에 도출되지 않았던 질량 유량 및 기타 매개변수를 제한할 수 있다는 것입니다. 이는 엔셀라두스에서 무슨 일이 일어나고 있는지 이해하는 데 큰 진전입니다.”라고 Mahieux는 말했습니다.

강력한 극저온 화산 제트를 가진 작은 달

엔셀라두스는 폭이 약 313마일에 불과한 상대적으로 작은 달이며, 그 약한 중력은 분출하는 제트가 우주로 탈출하는 것을 막을 만큼 강하지 않습니다. 새로운 DSMC 모델은 이러한 저중력 환경을 정확하게 표현하도록 설계되었습니다. 이전 모델은 현재 DSMC 접근 방식만큼 자세하게 물리학 및 가스 역학을 포착하지 못했습니다.

Mahieux는 이 현상을 화산 폭발에 비유합니다. 엔셀라두스가 하는 일은 화산이 용암을 우주로 뿜어내는 것과 비슷합니다. 단, 분출물이 수증기와 얼음 기둥이라는 점만 빼면요.

시뮬레이션은 구슬이 서로 튕겨 나가는 것과 유사한 방식으로 개별 입자가 이동하고, 충돌하고, 에너지를 전달하는 매우 작은 규모에서 기둥의 가스가 어떻게 동작하는지 추적합니다. 이 모델은 마이크로초 단위로 측정된 시간 단계에서 수백만 개의 분자를 따릅니다. DSMC 방법 덕분에 과학자들은 이제 더 낮고 더 현실적인 압력에서 조건을 시뮬레이션할 수 있으며 이전 모델이 처리할 수 있었던 것보다 더 긴 충돌 간 거리를 허용할 수 있습니다.

Planet Code와 TACC 슈퍼컴퓨터의 힘

UT Austin 교수이자 이번 연구의 공동 저자인 David Goldstein은 2011년 Planet으로 알려진 DSMC 코드 개발을 주도했습니다. TACC는 14개 UT 시스템 기관 전체의 연구자에게 리소스를 제공하는 University of Texas Research 사이버 인프라 포털을 통해 Lonestar6 및 Stampede3 슈퍼컴퓨터에 Goldstein 컴퓨팅 시간을 부여했습니다.

“TACC 시스템은 많은 유연성을 제공하는 훌륭한 아키텍처를 가지고 있습니다”라고 Mahieux는 말했습니다. “노트북에서만 DSMC 코드를 사용하는 경우 작은 도메인만 시뮬레이션할 수 있습니다. TACC 덕분에 기둥이 우주로 확장되는 고도 10km까지 엔셀라두스 표면에서 시뮬레이션할 수 있습니다.”

엔셀라두스와 얼음 바다 세계의 가족

토성은 목성, 천왕성, 해왕성을 포함하여 얼음 위성을 호스팅하는 다른 거대한 행성과 함께 천문학자가 태양계에서 “눈 선”이라고 부르는 것 너머로 공전합니다.

Mahieux는 “이 ‘큰 얼음 공’ 아래에는 액체 물의 바다가 있습니다”라고 말했습니다. “여기에는 지구 외에도 액체 바다가 있는 다른 많은 세계가 있습니다. 엔셀라두스의 기둥은 지하 상태를 볼 수 있는 창을 열어줍니다.”

기둥은 표면 아래 깊은 곳의 물질을 우주로 운반하기 때문에 수 마일의 얼음을 뚫을 필요 없이 숨겨진 바다의 희귀한 천연 샘플을 제공합니다.

미래의 사명과 생명의 탐색

NASA와 유럽 우주국은 단순한 비행보다 훨씬 더 야심찬 목표를 가지고 엔셀라두스로 돌아갈 새로운 임무를 계획하고 있습니다. 일부 제안에서는 그곳에 보존될 수 있는 생명의 화학적 징후를 찾기 위해 표면에 우주선을 착륙시키고 지각을 뚫고 지하 바다에 도달하는 것을 구상하고 있습니다.

한편, 기둥 내부에 무엇이 있는지, 얼마나 많은 물질이 운반되는지 측정하는 것은 과학자들에게 지하 환경을 연구하는 강력하고 간접적인 방법을 제공합니다. 제트기를 분석함으로써 연구자들은 얼음 껍질을 물리적으로 뚫지 않고도 바다의 상태를 추론할 수 있습니다.

Mahieux는 “슈퍼컴퓨터는 10년 또는 15년 전에는 꿈도 꿀 수 없었던 질문에 대한 답을 줄 수 있습니다.”라고 말했습니다. “이제 우리는 자연이 하는 일을 시뮬레이션하는 데 훨씬 더 가까워질 수 있습니다.”

몇 세기 후, NASA의 카시니-호이겐스(Cassini) 임무는 그 탐사를 우주 시대로 이끌었습니다. 2005년부터 우주선은 토성과 위성에 대한 과학자들의 관점을 재구성하는 수많은 상세한 이미지를 반환했습니다. 가장 극적인 발견 중 하나는 작은 얼음 달인 엔셀라두스(Enceladus)에서 우뚝 솟은 간헐천이 물질을 우주로 쏘아 올려 토성 주위에 분출된 잔해로 만들어진 희미한 하위 고리를 생성한 것입니다.

Cassini가 수집한 데이터를 사용하여 TACC(Texas Advanced Computing Center)에서 실행되는 새로운 컴퓨터 시뮬레이션은 이제 엔셀라두스가 우주로 손실되는 얼음의 양에 대한 정밀한 추정치를 제공합니다. 업데이트된 숫자는 달의 내부 활동을 이해하고 잠재적으로 생명체를 지원할 수 있는 묻힌 바다를 탐험할 수 있는 미래 로봇 임무를 계획하는 데 중요합니다.

“엔셀라두스의 질량 유량은 과학 문헌에서 발견한 것보다 20~40% 정도 낮습니다.”라고 왕립 벨기에 우주 항공 연구소의 선임 연구원이자 UT 오스틴 항공 우주 공학 및 엔지니어링 역학 부서의 계열사인 Arnaud Mahieux는 말했습니다.

슈퍼컴퓨터와 DSMC 모델로 깃털 물리학 공개

Mahieux는 2025년 8월 지구물리학 연구 저널: 행성(Journal of Geophysical Research: Planets)에 게재된 엔셀라두스의 계산 연구의 교신저자입니다. 이 연구에서 그와 그의 동료들은 직접 시뮬레이션 몬테카를로(DSMC) 모델을 사용하여 엔셀라두스 표면의 균열과 통풍구에서 분출된 후 거대한 수증기 기둥과 얼음 알갱이가 어떻게 행동하는지 더 잘 설명했습니다.

이 프로젝트는 Mahieux가 주도하고 2019년에 발표된 이전 연구를 기반으로 합니다. 이전 연구는 DSMC 기술을 사용하여 통풍구의 크기, 수증기와 고체 얼음 입자의 비율, 물질의 온도, 우주로 탈출하는 속도 등 기둥의 시작 조건을 파악한 최초의 연구였습니다.

Mahieux는 “DSMC 시뮬레이션은 매우 비용이 많이 듭니다.”라고 말했습니다. “우리는 2015년에 TACC 슈퍼컴퓨터를 사용하여 계산 시간을 48시간에서 지금은 단 몇 밀리초로 줄이기 위한 매개변수화를 얻었습니다.”

연구팀은 이러한 수학적 매개변수화를 사용하여 엔셀라두스의 극저온 화산 기둥의 밀도, 가스와 입자의 이동 속도 등 주요 특성을 계산했습니다. 그들은 우주선이 제트기를 직접 통과하는 동안 수집된 카시니 측정값을 기반으로 계산을 했습니다.

“우리의 새로운 연구의 주요 발견은 100개의 극저온 화산 발생원에 대해 물질이 빠져나가는 온도와 같이 이전에 도출되지 않았던 질량 유량 및 기타 매개변수를 제한할 수 있다는 것입니다. 이는 엔셀라두스에서 무슨 일이 일어나고 있는지 이해하는 데 큰 진전입니다.”라고 Mahieux는 말했습니다.

강력한 극저온 화산 제트를 가진 작은 달

엔셀라두스는 폭이 약 313마일에 불과한 상대적으로 작은 달이며, 그 약한 중력은 분출하는 제트가 우주로 탈출하는 것을 막을 만큼 강하지 않습니다. 새로운 DSMC 모델은 이러한 저중력 환경을 정확하게 표현하도록 설계되었습니다. 이전 모델은 현재 DSMC 접근 방식만큼 자세하게 물리학 및 가스 역학을 포착하지 못했습니다.

Mahieux는 이 현상을 화산 폭발에 비유합니다. 엔셀라두스가 하는 일은 화산이 용암을 우주로 뿜어내는 것과 비슷합니다. 단, 분출물이 수증기와 얼음 기둥이라는 점만 빼면요.

시뮬레이션은 구슬이 서로 튕겨 나가는 것과 유사한 방식으로 개별 입자가 이동하고, 충돌하고, 에너지를 전달하는 매우 작은 규모에서 기둥의 가스가 어떻게 동작하는지 추적합니다. 이 모델은 마이크로초 단위로 측정된 시간 단계에서 수백만 개의 분자를 따릅니다. DSMC 방법 덕분에 과학자들은 이제 더 낮고 더 현실적인 압력에서 조건을 시뮬레이션할 수 있으며 이전 모델이 처리할 수 있었던 것보다 더 긴 충돌 간 거리를 허용할 수 있습니다.

Planet Code와 TACC 슈퍼컴퓨터의 힘

UT Austin 교수이자 이번 연구의 공동 저자인 David Goldstein은 2011년 Planet으로 알려진 DSMC 코드 개발을 주도했습니다. TACC는 14개 UT 시스템 기관 전체의 연구자에게 리소스를 제공하는 University of Texas Research 사이버 인프라 포털을 통해 Lonestar6 및 Stampede3 슈퍼컴퓨터에 Goldstein 컴퓨팅 시간을 부여했습니다.

“TACC 시스템은 많은 유연성을 제공하는 훌륭한 아키텍처를 가지고 있습니다”라고 Mahieux는 말했습니다. “노트북에서만 DSMC 코드를 사용하는 경우 작은 도메인만 시뮬레이션할 수 있습니다. TACC 덕분에 기둥이 우주로 확장되는 고도 10km까지 엔셀라두스 표면에서 시뮬레이션할 수 있습니다.”

엔셀라두스와 얼음 바다 세계의 가족

토성은 목성, 천왕성, 해왕성을 포함하여 얼음 위성을 호스팅하는 다른 거대한 행성과 함께 천문학자가 태양계에서 “눈 선”이라고 부르는 것 너머로 공전합니다.

Mahieux는 “이 ‘큰 얼음 공’ 아래에는 액체 물의 바다가 있습니다”라고 말했습니다. “여기에는 지구 외에도 액체 바다가 있는 다른 많은 세계가 있습니다. 엔셀라두스의 기둥은 지하 상태를 볼 수 있는 창을 열어줍니다.”

기둥은 표면 아래 깊은 곳의 물질을 우주로 운반하기 때문에 수 마일의 얼음을 뚫을 필요 없이 숨겨진 바다의 희귀한 천연 샘플을 제공합니다.

미래의 사명과 생명의 탐색

NASA와 유럽 우주국은 단순한 비행보다 훨씬 더 야심찬 목표를 가지고 엔셀라두스로 돌아갈 새로운 임무를 계획하고 있습니다. 일부 제안에서는 그곳에 보존될 수 있는 생명의 화학적 징후를 찾기 위해 표면에 우주선을 착륙시키고 지각을 뚫고 지하 바다에 도달하는 것을 구상하고 있습니다.

한편, 기둥 내부에 무엇이 있는지, 얼마나 많은 물질이 운반되는지 측정하는 것은 과학자들에게 지하 환경을 연구하는 강력하고 간접적인 방법을 제공합니다. 제트기를 분석함으로써 연구자들은 얼음 껍질을 물리적으로 뚫지 않고도 바다의 상태를 추론할 수 있습니다.

Mahieux는 “슈퍼컴퓨터는 10년 또는 15년 전에는 꿈도 꿀 수 없었던 질문에 대한 답을 줄 수 있습니다.”라고 말했습니다. “이제 우리는 자연이 하는 일을 시뮬레이션하는 데 훨씬 더 가까워질 수 있습니다.”

브라질 상파울루 대학교 리베이라오 프레토 약학대학(FCFRP-USP) 연구진은 널리 사용되는 화학요법 약물과 유사한 방식으로 유방암 세포를 공격하는 것으로 보이는 Brotheas amazonicus의 독소 분자를 찾아냈습니다.

이러한 초기 연구 결과는 국립 아마존 연구 연구소(INPA) 및 아마조나스 주립 대학(UEA)의 과학자들과의 협력을 통해 생성되었으며 프랑스 남부 옥시타니 지역에서 열린 FAPESP 주간 프랑스에서 발표되었습니다.

FCFRP-USP 교수이자 프로젝트 코디네이터인 엘리안 칸디아니 아란테스(Eliane Candiani Arantes)는 “생물탐사를 통해 우리는 다른 전갈의 독에서 발견되는 것과 유사하고 유방암 세포에 작용하는 이 아마존 전갈 종의 분자를 식별할 수 있었다”고 말했다.

독 성분을 바이오의약품 도구로 전환

FCFRP-USP 팀과 파트너 기관은 방울뱀과 전갈 독의 단백질을 포함한 생체 활성 분자를 복제하고 발현하기 위해 오랫동안 노력해 왔습니다. 이러한 노력은 FAPESP가 지원하고 보투카투에 있는 상파울루 주립대학(UNESP)의 독 및 독 동물 연구 센터(CEVAP)에 위치한 중개 과학 및 바이오의약품 개발 센터(CTS)와 연결된 프로젝트 내에서 이루어집니다.

이 연구의 한 가지 결과는 “생물학적 접착제”로 설명되는 CEVAP의 특허받은 피브린 밀봉제입니다. 이는 뱀독(Bothrops neuwiedi pauloensis 및 Crotalus durissus terrificus 포함)에서 추출한 세리노프로테이나제 효소와 버팔로, 소 또는 양의 피브리노겐이 풍부한 동결침전물과 결합하여 생산됩니다.

적용되면 이러한 구성 요소는 신체의 자연적인 응고 및 조직 복구 과정과 유사한 피브린 구조를 형성합니다. 실란트는 신경 복구, 뼈 치유 및 척수 손상 후 운동 회복에 사용하기 위해 연구되었습니다. 현재 새로운 치료법 승인에 필요한 최종 평가 단계인 3상 임상시험이 진행 중이다.

유전자 발현을 통한 Fibrin Sealant 기술 발전

최근 연구자들은 콜린-1(cholinein-1)로 알려진 또 다른 방울뱀 세린 프로테아제를 복제하고 발현시켰습니다. 아미노산 서열은 방울뱀 독에서 직접 채취하여 피브린 밀봉재 생산에 사용되는 독소인 자이록신과 다릅니다.

Arantes는 “현재 우리의 생각은 피치아 파스토리스(Pichia Pastori)에서 이종 발현(자연적으로 가지고 있지 않은 숙주 유기체의 단편 또는 완전한 유전자에서)을 통해 이 세린 프로테아제를 얻는 것”이라고 설명했습니다.

연구진은 1950년 프랑스에서 처음 분리된 동일한 효모 종을 사용하여 CdtVEGF라는 내피 성장 인자를 생산할 계획도 세웠습니다. 이 분자는 원래 Crotalus durissus terrificus의 독에서 확인되었습니다.

“이 성장인자는 새로운 혈관 형성을 촉진합니다. 이를 콜리네인-1과 결합하면 CEVAP에서 개발한 것보다 향상된 피브린 밀봉제를 만들 수 있으며, 이종 발현을 통해 얻을 수 있기 때문에 산업 규모 확대가 가능합니다.”라고 그녀는 말했습니다.

비슷한 유전적 발현 접근법을 통해 연구팀은 전갈 독에서 면역억제 효과가 있는 두 가지 신경독을 확인했습니다. INPA 및 UEA의 협력자들과 협력하여 그들은 또한 항종양 잠재력이 있는 것으로 보이는 Brotheas amazonicus의 독에서 BamazScplp1이라는 분자를 발견했습니다.

실험실 테스트 결과, 이 펩타이드가 유방암 세포에 미치는 영향은 일반적으로 처방되는 화학요법 치료법인 파클리탁셀과 비슷한 것으로 나타났습니다. 이는 주로 이전에 다른 전갈 종의 분자와 관련된 세포 사멸의 한 형태인 괴사를 유발합니다.

Arantes는 “우리는 또한 이종 발현을 통해 이러한 분자를 얻을 계획입니다.”라고 말했습니다.

방사성동위원소를 이용한 새로운 암 치료법 개발

상파울루주 캄피나스에서 FAPESP가 자금을 지원하는 RIDC(연구, 혁신 및 보급 센터), 즉 Cancer Theranostics Innovation Center(CancerThera)의 연구원들은 다른 치료 전략을 추구하고 있습니다. 그들의 목표는 단일 접근 방식으로 진단과 표적 치료를 결합하는 것입니다.

이 방법은 독일에서 시작되었으며 특정 종양을 표적으로 하는 분자에 다양한 방사성 동위원소를 부착하는 것과 관련됩니다. 이러한 태그가 붙은 분자는 영상화 및 치료에 사용될 수 있습니다.

“우리가 분자에 부착한 동위원소가 방출하는 방사선의 유형(양전자든 감마든)에 따라 CancerThera에서 사용 가능한 단층촬영 장비를 사용하여 이미지를 생성할 수 있습니다. 동위원소가 특정 분자를 너무 많이 포착한다는 사실을 기록하면 이를 국소적으로 더 강한 방사선을 방출하는 다른 분자로 대체하여 종양을 치료할 수 있습니다.”라고 캄피나스 주립대학교 의과대학 교수인 Celso Darío Ramos는 설명했습니다. (FCM-UNICAMP) 및 CancerThera의 주요 연구원 중 한 명입니다.

센터의 한 그룹은 다양한 암에 축적되는 분자를 식별하는 데 중점을 두고 있으며, 임상 팀은 알려진 화합물의 용도를 어떻게 변경할 수 있는지 평가합니다.

“우리는 혈액암, 주로 다발성 골수종에서 알려진 분자뿐만 아니라 두경부암, 간암, 육종, 폐암, 대장암, 위암 등의 기타 알려지지 않은 분자를 연구해 왔습니다. 또한 방사성 물질인 방사성 요오드로 치료해 온 갑상선암에 대해서도 수년간 연구해 왔지만 일부 환자는 내성을 보였습니다. 그래서 우리는 이러한 암에 대해 다른 방사성 물질을 사용한 또 다른 치료 가능성을 확인하려고 노력하고 있습니다. 환자들입니다.” Ramos는 Agência FAPESP에 말했습니다.

수지상 세포로 제작된 맞춤형 암 백신

또 다른 실험 전략은 상파울루 대학교 생의학 과학 연구소(ICB-USP)에서 개발 중이며, 연구원들은 수지상 세포를 기반으로 한 면역 요법을 탐구하고 있습니다.

ICB-USP 교수이자 프로젝트 코디네이터인 José Alexandre Marzagão Barbuto는 이러한 세포는 면역 체계의 중요한 구성 요소이며 암 환자의 경우 기능이 저하되는 경우가 많다고 설명했습니다.

“몇 년 전 암 환자의 혈액 세포에서 단핵구를 채취해 실험실에서 수지상 세포로 바꾸는 것이 가능하다는 것이 밝혀졌습니다. 그러나 이런 방식으로 생산된 수지상 세포는 종종 관용을 유도하기 위해 전환됩니다.”

이 문제를 해결하기 위해 연구팀은 건강한 기증자로부터 수지상 세포를 생성하고 이를 환자의 암세포와 융합하여 개인의 종양에 대한 면역 체계를 활성화하도록 설계된 맞춤형 백신을 생산했습니다.

교모세포종 환자를 대상으로 한 최근 테스트를 포함하여 다양한 암과 관련된 연구 결과는 이 전략이 생성하는 면역 반응이 적절하게 제어될 때 효과적일 수 있음을 시사합니다.

바르부토 박사는 “면역체계는 환자의 종양 세포와 융합된 건강한 기증자의 수지상 세포를 기반으로 한 이 백신을 이식으로 해석하고 격렬하게 반응한다”고 말했다. “우리는 흑색종과 신장암 환자를 대상으로 첫 번째 연구를 수행했고 결과는 매우 좋았으며 다른 교모세포종 환자도 있었습니다. 이제 우리는 3상 임상 연구를 수행하기를 희망하고 있습니다.”

AI를 사용하여 뇌암에 대한 MRI 예측 개선

프랑스 툴루즈 암대학교 연구소(IUCT-Oncopole) 연구진도 교모세포종에 대한 이해에 기여하고 있다. 그들의 연구는 자기공명영상(MRI)에 적용된 인공지능이 화학요법 환자의 치료 결과 및 생존과 관련된 DNA 변형이 있는지 여부를 확실하게 나타낼 수 있는지 여부를 조사합니다.

“MGMT 프로모터 영역 메틸화”로 알려진 변형은 MGMT 단백질이 생산되고 조절되는 방식에 영향을 미칩니다.

IUCT-Oncopole 연구원이자 프로젝트 코디네이터인 Elizabeth Moyal은 “MGMT 메틸화 상태는 중요한 예후 인자이지만 전체 종양을 반드시 대표할 수는 없고 재발이 다양할 수 있는 생검이 필요합니다”라고 말했습니다.

IRT Saint-Exupéry의 컴퓨터 과학자 Ahmed Berjaoui와 협력하여 팀은 원래 항공우주 애플리케이션용으로 설계된 AI 기술을 채택하여 이러한 문제를 해결했습니다.

Berjaoui는 “우리는 80%에서 90%에 이르는 높은 정확도로 생존을 예측할 수 있고 다른 기존 기술을 능가하는 모델을 개발했습니다”라고 말했습니다.

진자부터 원자 발진기에 이르기까지 전통적인 시계는 시간을 추적하기 위해 되돌릴 수 없는 프로세스에 의존합니다. 양자 수준에서 이러한 프로세스는 극도로 약해지거나 전혀 발생하지 않을 수 있으므로 신뢰할 수 있는 시간 유지가 훨씬 더 복잡해집니다. 정확한 타이밍에 의존하는 양자 센서 및 내비게이션 시스템과 같은 장치에는 에너지를 절약하는 내부 시계가 필요합니다. 지금까지 이러한 시스템의 열역학적 거동은 거의 알려지지 않았습니다.

시간의 실제 에너지 비용 조사

연구자들은 양자 영역에서 시간을 유지하는 데 따른 실제 열역학적 부담을 확인하고 측정 행위로 인해 발생하는 비용을 분리하기 시작했습니다.

이를 탐구하기 위해 그들은 두 개의 나노 크기 영역(이중 양자점으로 알려짐) 사이를 이동하는 단일 전자를 사용하는 작은 시계를 만들었습니다. 각 홉은 시계와 같은 틱 역할을 합니다. 그런 다음 팀은 두 가지 다른 기술을 사용하여 이러한 진드기를 모니터링했습니다. 하나는 극히 작은 전류를 측정했고, 다른 하나는 전파를 사용하여 시스템의 미묘한 변화를 감지했습니다. 두 접근 방식 모두에서 검출기는 양자 이벤트(전자 점프)를 기록할 수 있는 고전 정보(양자에서 고전으로의 전환)로 변환합니다.

수십억 배의 측정 에너지 놀라움

연구팀은 시계 자체(즉, 이중 양자점)와 측정 장치에서 생성된 엔트로피(소산되는 에너지의 양)를 계산했습니다. 그들은 양자 시계를 읽는 데(즉, 작은 신호를 측정 가능한 신호로 변환하는 데) 필요한 에너지가 시계 장치에서 사용하는 에너지보다 최대 10억 배 더 클 수 있다는 것을 발견했습니다. 이 결과는 양자 물리학의 측정 ​​비용이 무시할 만하다는 오랜 믿음에 도전합니다. 이는 또한 놀라운 사실을 드러냅니다. 관찰은 비가역성을 도입하며, 이는 시간에 앞으로 나아갈 방향을 제시합니다.

이 발견은 양자 시계를 개선하려면 더 나은 양자 구성 요소가 필요하다는 일반적인 기대를 뒤집습니다. 대신 연구자들은 미래의 발전은 정보를 보다 효율적으로 수집하는 측정 방법을 설계하는 데 달려 있다고 주장합니다.

양자시계 설계의 효율성 재고

주저자 나탈리아 아레스(옥스퍼드대학교 공학과) 교수는 “가장 작은 규모로 작동하는 양자시계는 시간을 측정하는 데 드는 에너지 비용을 낮출 것으로 예상됐지만 우리의 새로운 실험은 놀라운 반전을 드러냈다. 대신 양자시계에서 양자 틱은 시계 장치 자체의 틱을 훨씬 초과했다”고 말했다.

연구자들에 따르면 이러한 불균형은 실제로 이점을 제공할 수도 있습니다. 측정 중에 사용되는 추가 에너지는 틱 수를 계산하는 것뿐만 아니라 모든 사소한 변동을 캡처하는 등 시계 동작에 대한 더 풍부한 정보를 제공할 수 있습니다. 이를 통해 보다 효율적으로 작동하는 고정밀 시계를 구축할 수 있습니다.

공동 저자인 Vivek Wadhia(공학과 박사 과정 학생)는 다음과 같이 말했습니다. “우리의 결과는 문헌에서 종종 무시되었던 시계 틱의 증폭 및 측정에 의해 생성된 엔트로피가 양자 규모에서 시간을 유지하는 데 가장 중요하고 기본적인 열역학적 비용임을 시사합니다. 다음 단계는 나노 규모 장치의 효율성을 지배하는 원리를 이해하여 자연처럼 시간을 훨씬 더 효율적으로 계산하고 유지하는 자율 장치를 설계할 수 있도록 하는 것입니다.”

공동 저자인 Florian Meier(Wien Technische Universität 박사 과정 학생)는 다음과 같이 말했습니다. “이 연구는 양자 시계를 넘어 시간이 왜 한 방향으로 흐르는지를 포함하여 물리학의 심오한 질문을 다룹니다. 시간의 방향을 결정하는 것은 단지 똑딱거림 자체가 아니라 측정 행위임을 보여줌으로써 이러한 새로운 발견은 에너지 물리학과 정보 과학 사이에 강력한 연결을 이끌어냅니다.”

이 연구에는 TU Wien과 Trinity College Dublin의 연구원도 참여했습니다.

그러나 그 가정은 더 이상 사실이 아닐 수도 있습니다. 북동 태평양에서 발견되는 상어와 비슷한 종인 점박이 쥐치를 연구하는 과학자들은 이 물고기의 머리 꼭대기에 일련의 이빨이 자라는 것을 발견했습니다. 이 치아는 징징기의 코와 대략적으로 유사한 이마 부속물인 테나큘럼(tenaculum)으로 알려진 연골 기반 구조를 이루고 있습니다.

수년 동안 생물학자들은 치아가 원래 어디서 왔는지에 대해 논쟁을 벌였습니다. 이는 치아가 먹이와 생존에 얼마나 중요한 역할을 하는지를 고려할 때 중요한 문제입니다. 대부분의 논의는 치아가 신체의 다른 곳에서 진화했는지 여부를 탐구하지 않고 구강 치아에만 초점을 맞췄습니다. 테나큘럼의 치아 발견은 논쟁을 다시 불러일으켰고, 연구자들은 그러한 특징이 얼마나 널리 퍼져 있는지, 그리고 이것이 척추동물 치열의 역사에 대해 무엇을 드러내는지 묻게 되었습니다.

워싱턴 대학 프라이데이 하버 연구소(University of Washington’s Friday Harbor Labs)의 UW 박사후 연구원인 칼리 코헨(Karly Cohen)은 “이 미친, 절대적으로 놀라운 특징은 치아가 엄밀히 말하면 구강 구조라는 진화 생물학의 오랜 가정을 뒤집는 것”이라고 말했습니다. “테나큘럼은 기이한 일회성이 아닌 발달 과정의 유물이며, 턱 외부의 톱니 구조를 보여주는 최초의 명확한 예입니다.”

이 연구는 국립과학원(National Academy of Sciences)의 간행물.

점박이쥐는 퓨젯사운드에서 가장 흔한 물고기 중 하나입니다. 그들은 수백만 년 전에 상어에서 갈라진 키메라(chimaeras)라고 알려진 연골 어류 그룹에 속합니다. 길이가 약 2피트까지 자라는 이 물고기는 몸 크기의 약 절반을 차지하는 길고 가느다란 꼬리 때문에 이름이 붙여졌습니다. 성인 남성만이 이마에 테나큘럼(tenaculum)이 생깁니다. 쉬고 있을 때는 눈 사이에 작은 흰색 덩어리처럼 보이지만, 들어올리면 이빨로 덮인 갈고리 모양의 가시 기관이 됩니다.

수컷은 전시와 기능 모두를 위해 테나큘럼을 사용합니다. 그들은 경쟁자를 막기 위해 그것을 키우고 짝짓기 중에 암컷의 가슴 지느러미를 붙잡아 쌍을 물 속에서 함께 유지하는 데 사용합니다.

코헨은 “상어는 팔이 없지만 물속에서 짝짓기를 해야 한다”고 말했다. “그래서 그들 중 다수는 번식 중에 짝과 연결하기 위해 잡는 구조를 개발했습니다.”

점박이은 또한 다른 많은 연골 어류와 마찬가지로 짝짓기를 위해 골반 걸쇠를 사용합니다.

대부분의 상어, 가오리, 홍어의 몸은 치아라고 불리는 작은 치아 모양의 비늘로 덮여 있습니다. 그러나 골반 걸쇠의 치아를 제외하면 점박이 은상어는 대체로 피부가 매끄러워집니다. 이 특이한 치아의 부족으로 인해 과학자들은 치아가 어떻게 되었는지, 그리고 치아의 치아가 진화의 잔재를 나타낼 수 있는지에 대해 의문을 갖게 되었습니다.

연구를 수행하기 전에 연구자들은 두 가지 가능성을 염두에 두었습니다. 하나는 “치아”가 고대 조상의 남은 특징인 단순히 변형된 치아였다는 것입니다. 다른 하나는 그것이 입 안에서 발견되는 것과 유사한 진짜 치아라고 제안했습니다.

코헨은 “쥐치는 정말 이상한 얼굴을 가지고 있다”고 말했다. “작을 때는 작은 노른자대에 갇힌 코끼리처럼 보입니다.”

구강 부위를 형성하는 세포는 더 멀리 퍼져 있기 때문에 어느 시점에서 치아를 형성하는 세포 덩어리가 머리로 이동하여 붙어 있을 가능성이 있습니다.

이러한 이론을 테스트하기 위해 연구자들은 테나큘럼 발달을 문서화하기 위해 마이크로 CT 스캔과 조직 샘플을 사용하여 수백 마리의 물고기를 잡아 분석했습니다. 상어는 연구하기 매우 어려울 수 있지만 퓨젯사운드에는 점박이 쥐가 많이 있습니다. 그들은 산후안 섬에 위치한 UW 연구 시설인 Friday Harbor Labs 주변의 얕은 곳을 자주 방문합니다. 그들은 또한 현대 은상어를 조상 화석과 비교했습니다.

스캔 결과 수컷과 암컷 쥐고기 모두 일찍부터 테나쿨룸을 만들기 시작하는 것으로 나타났습니다. 남성의 경우, 작은 세포 덩어리에서 눈 사이로 늘어나는 작은 흰색 여드름으로 성장합니다. 턱을 조절하는 근육에 부착되어 마침내 피부 표면을 통해 분출되어 치아가 돋아납니다. 암컷에서는 결코 물질화되거나 광물화되지 않지만 초기 구조의 증거는 남아 있습니다.

새로운 치아는 턱에 존재하지만 다른 곳에서는 기록된 적이 없는 치아판(dental lamina)이라는 조직 띠에 뿌리를 두고 있습니다. Cohen은 “처음으로 치아판을 봤을 때 눈이 번쩍 뜨였습니다.”라고 말했습니다. “턱 바깥의 중요한 구조를 보는 것은 매우 흥미로웠습니다.”

인간의 경우, 성인 치아가 자란 후 치아판이 붕괴되지만, 많은 척추동물은 치아를 대체할 수 있는 능력을 유지합니다. 예를 들어 상어는 새로운 이빨이 계속해서 나오는 컨베이어 벨트를 갖고 있다고 코헨은 말했습니다. 점박이 은상어의 골반 걸쇠에 있는 치아를 포함한 피부 치아에는 치아판이 없습니다. 이 구조를 확인하는 것은 테나큘럼의 치아가 실제로 치아이며 남은 치아가 아니라는 강력한 증거였습니다. 유전적 증거도 이러한 결론을 뒷받침했습니다.

“척추동물의 치아는 유전적 도구 상자에 의해 매우 잘 결합되어 있습니다”라고 Cohen은 말했습니다.

조직 샘플을 통해 척추동물의 치아와 관련된 유전자가 열상에서 발현되었지만 치아에서는 발현되지 않은 것으로 나타났습니다. 화석 기록에서 그들은 관련 종의 십이지장(tenaculum)에 이빨의 증거도 관찰했습니다.

이번 논문의 공동 저자이자 시카고 대학교 유기체 생물학 및 해부학 교수 겸 교수인 마이클 코츠(Michael Coates)는 “우리는 이 물고기들이 어떻게 생식에 필수적인 새로운 장치를 만들기 위해 치아 제조를 위한 기존 프로그램을 채택했는지 보여주기 위해 실험 데이터와 고생물학적 증거를 결합했습니다.”라고 말했습니다.

현생 수컷 점박이은상어는 십나쿨룸에 7~8줄의 갈고리 이빨이 자랄 수 있습니다. 이 이빨은 일반 송곳니보다 더 많이 수축되고 구부러져 물고기가 수영하는 동안 짝을 붙잡을 수 있습니다. 테나큘럼의 크기도 물고기의 길이와 관련이 없는 것으로 보입니다. 그 발달은 대신 골반 걸쇠와 일치하며, 이는 이주 조직이 이제 다른 네트워크에 의해 규제된다는 것을 암시합니다.

이번 연구의 수석 저자이자 플로리다 대학 생물학 교수인 가레스 프레이저(Gareth Fraser)는 “이 이상한 키메라가 머리 앞쪽에 이빨을 내밀고 있다면 치아 발달의 역동성에 대해 더 일반적으로 생각하게 된다”고 말했다.

상어는 구강 치아가 너무 많고 치아로 덮여 있기 때문에 치아와 발달을 연구하는 모델이 되는 경우가 많습니다. 그러나 코헨은 상어가 역사가 포착한 치아 다양성의 극히 일부만을 보유하고 있다고 덧붙였습니다. “키메라는 과거를 엿볼 수 있는 드문 기회를 제공합니다. 척추동물의 뾰족한 구조를 더 많이 볼수록 턱 밖에서 더 많은 치아를 찾을 수 있다고 생각합니다.”라고 그녀는 말했습니다.

이 연구는 National Science Foundation, Save Our Seas Foundation 및 혁신적인 초기 경력 연구를 지원하는 Friday Harbor Labs의 내부 기부금의 지원을 받았습니다.

분화구에 있지만 호주에서만 발견되는 작은 유리 조각에 있습니다.

이 발견은 운석이 표면을 녹일 만큼 충분한 힘으로 지구에 부딪혀 녹은 물질을 먼 거리로 날려버릴 때 형성되는 텍타이트(Tektites)라고 불리는 희귀한 천연 유리에 초점을 맞췄습니다. 새로 확인된 이 다양한 텍타이트는 지금까지 남호주 일부 지역에서만 발견되었습니다.

공동저자인 커틴대학교 지구행성과학대학의 프레드 조던(Fred Jourdan) 교수는 이번 발견을 지구의 격동적인 과거의 새로운 장을 밝히는 것과 비교했습니다.

Jourdan 교수는 “이 안경은 호주 고유의 것이며 우리가 알지도 못했던 고대 충격 사건을 기록했습니다”라고 말했습니다.

“소행성이 지구에 충돌했을 때 표면의 암석이 녹아 수천 킬로미터에 걸쳐 잔해가 흩어졌을 때 형성되었습니다. 이 작은 유리 조각은 우리 행성 역사의 깊은 곳에서 온 작은 타임캡슐과 같습니다.

“이 발견을 더욱 흥미롭게 만드는 것은 충격이 엄청났음에 틀림없음에도 불구하고 과학자들이 아직 분화구의 위치를 ​​찾지 못했다는 것입니다.

“큰 소행성이 언제, 얼마나 자주 지구에 충돌했는지 이해하는 것은 미래의 충돌 위험을 평가하는 데 도움이 되며 이는 행성 방어에 중요합니다.”

Aix-Marseille University의 박사과정 학생인 수석 저자 Anna Musolino는 이 안경이 이전에 알려진 모든 텍타이트와는 차별화된다고 말했습니다.

“이 텍타이트는 특이한 화학적 성질과 약 1,100만 년의 나이 때문에 독특합니다”라고 Musolino 씨는 말했습니다.

“그들은 호주의 유명한 텍타이트가 흩어져 있는 지대와는 완전히 별개의 충돌 사건을 기록합니다.

“호주 텍타이트가 약 78만년 전에 형성되어 지구 절반에 퍼져 있는 반면, 이 텍타이트는 훨씬 더 오래되었으며 그들의 발견은 이전에 인식할 수 없었던 거대한 충격을 암시합니다.”

이 연구는 Aix-Marseille University의 Pierre Rochette 명예 교수가 주도한 대규모 연구 프로젝트의 일부였으며 과거 충격의 파괴력과 이에 대한 연구의 중요성을 모두 강조했습니다.

전체 연구 논문 ‘A new tektite strewn field in Australia’는 11 Myr 전 화산 아크 충돌 분화구에서 분출되었습니다. 지구 및 행성 과학 편지.

현미경은 16세기 이후 과학적 진보를 주도해 왔지만, 주요한 발전을 위해서는 점점 더 전문화된 도구가 필요한 경우가 많습니다. 기술이 더욱 발전함에 따라 측정할 수 있는 항목에 있어서도 상충 관계에 직면했습니다. 정량적 위상 현미경(QPM)은 전방 산란광을 사용하여 마이크로 스케일(이 연구에서는 100나노미터 이상)에서 구조를 시각화하므로 복잡한 세포 특징의 정지 이미지를 캡처하는 데 유용합니다. 그러나 QPM은 매우 작은 입자를 감지할 수 없습니다. 간섭계 산란(iSCAT) 현미경은 후방 산란광을 포착하여 다르게 작동하며 단일 단백질만큼 작은 구조를 감지할 수 있습니다. iSCAT을 사용하면 연구자들이 개별 입자를 “추적”하고 세포 내부의 빠른 변화를 관찰할 수 있지만 QPM이 제공하는 더 넓은 시야가 부족합니다.

두 방향의 빛을 동시에 캡처

첫 번째 저자 중 한 명인 Horie는 “비침습적 방법을 사용하여 살아있는 세포 내부의 동적 과정을 이해하고 싶습니다.”라고 말했습니다.

이 목표에 동기를 부여받은 팀은 동시에 양방향에서 빛을 수집하면 격차를 해소하고 단일 이미지에서 광범위한 크기와 동작에 걸친 활동을 나타낼 수 있는지 여부를 조사했습니다. 아이디어를 탐색하고 현미경이 예상대로 작동하는지 확인하기 위해 그들은 세포가 죽는 동안 세포가 어떻게 행동하는지 관찰했습니다. 한 실험에서 그들은 앞으로 이동하는 빛과 뒤로 이동하는 빛의 정보가 포함된 이미지를 캡처했습니다.

겹치는 신호 분리하기

또 다른 제1저자인 Toda는 “우리의 가장 큰 과제는 단일 이미지에서 두 종류의 신호를 깔끔하게 분리하는 동시에 노이즈를 낮게 유지하고 신호 간의 혼합을 방지하는 것”이라고 설명했습니다.

연구진은 더 큰 세포 구조(마이크로)와 훨씬 더 작은 입자(나노)의 움직임을 식별하는 데 성공했습니다. 전방 산란광과 후방 산란광의 패턴을 비교함으로써 연구진은 각 입자의 크기와 빛이 물질을 통과할 때 얼마나 강하게 휘어지거나 산란되는지를 나타내는 굴절률을 추정할 수 있었습니다.

더 작은 입자를 위한 미래 응용 분야

Toda는 “우리는 엑소좀이나 바이러스와 같은 미래 연구에 대해 이미 생각하고 있는 더 작은 입자를 연구하고 다양한 샘플에서 크기와 굴절률을 추정할 계획입니다. 또한 살아있는 세포가 상태를 제어하고 다른 기술로 결과를 다시 확인하여 어떻게 죽음을 향해 움직이는지 밝히고 싶습니다.”라고 말했습니다.