Raggi X a colori, divisione iniziale dell’embrione e sfide spaziali per gli studenti Understand article

Tradotto da Cristina Benedetti. Science in School è pubblicato da EIROforum, una collaborazione fra le otto più grandi organizzazioni intergovernative europee di ricerca scientifica (EIROs). Questo articolo passa in rassegna alcune tra le più recenti notizie provenienti dagli istituti…

CERN: Immagini a raggi X in 3D e a colori per la diagnosi delle malattie

Per oltre 100 anni, i medici hanno utilizzato immagini a raggi X in bianco e nero per diagnosticare le malattie, dalle ossa rotte alle malattie cardiache o i tumori. Ora, un nuovo scanner a raggi X ha prodotto le prime immagini 3D a colori al mondo; questo strumento potrebbe fornire ai medici immagini più chiare per effettuare diagnosi più accurate.

Il nuovo scanner è basato sulla tecnologia Medipix del CERN, che è stata sviluppata per seguire le particelle al Large Hadron Collider (Grande Collisore di Adroni). Impiegando il chip Medipix più avanzato per individuare e contare ogni singola particella, lo scanner a colori usa queste informazioni per generare immagini 3D. I colori rappresentano diversi livelli di energia delle particelle, come registrato dal rilevatore. Questi colori identificano vari componenti del corpo, come il grasso, l’acqua, il calcio e i marcatori della malattia.

Finora, i ricercatori hanno utilizzato una versione ridotta dello scanner per studiare il cancro, la salute delle ossa e delle articolazioni e le malattie vascolari che causano infarti e ictus. Nei prossimi mesi, i pazienti saranno sottoposti a scansione utilizzando il nuovo scanner più grande in uno studio clinico, che potrebbe aprire la strada al potenziale uso di routine di questa apparecchiatura di nuova generazione.

Scopri di più sullo sviluppo dello scanner 3D visitando il sito web del CERN.

Il laboratorio del CERN si trova a cavallo del confine franco-svizzero vicino a Ginevra, in Svizzera. È il più grande laboratorio di fisica delle particelle al mondo.

A 3D image of a wrist with a watch, showing part of the finger bones in white and soft tissue in red
Un’immagine 3D di un polso con un orologio, che mostra una parte delle ossa delle dita in bianco e il tessuto molle in rosso
MARS Bioimaging Ltd

EMBL: Un sorprendente inizio per la divisione cellulare

Si è pensato a lungo che, durante la prima divisione cellulare di un embrione, un insieme di fibre chiamato fuso separasse i cromosomi dell’embrione in due cellule figlie. Ma questa nozione da libri di testo potrebbe cambiare molto dopo che gli scienziati dell’European Molecular Biology Laboratory (EMBL, laboratorio europeo di biologia molecolare) hanno scoperto che nei topi non c’è solo un fuso ma due, uno per ogni serie di cromosomi parentali. Questo significa dunque che l’informazione genetica di ciascun genitore è tenuta separata durante tutta la prima divisione cellulare.

“Sapevamo già della formazione di due fusi in organismi più semplici come gli insetti, ma non pensavamo che questo potesse succedere anche nei mammiferi come i topi”, afferma Jan Ellenberg, che ha guidato il progetto. Gli scienziati hanno sempre visto i cromosomi parentali occupare due regioni a forma di mezza luna nel nucleo degli embrioni allo stadio di due cellule, dopo la prima divisione, ma non era chiaro come poterlo spiegare. Solo focalizzandosi sui microtubuli – le strutture dinamiche di cui sono fatti i fusi – i ricercatori hanno potuto vedere i due fusi per la prima volta. È importante sottolineare che questa formazione a doppio fuso potrebbe aiutare a spiegare perché il processo di divisione cellulare abbia un tasso di errori particolarmente elevato negli embrioni allo stadio iniziale. 

Per ulteriori approfondimenti su questa ricerca, visita il sito Web EMBL.

L’EMBL è il principale laboratorio europeo per la ricerca di base nel campo della biologia molecolare, con sede a Heidelberg, in Germania.

Artistic rendering of the dual spindle in the mammalian zygote
Rendering artistico del doppio fuso nello zigote dei mammiferi
Cartasiova/Hossain/Reichmann/Ellenberg/EMBL

ESA: Nuove sfide spaziali per gli studenti delle scuole

L’Agenzia spaziale europea (ESA, European Space Agency) ha lanciato due nuovi progetti scolastici per l’anno accademico 2018/2019: il Moon Camp Challenge e il Climate Detectives.

Il Moon Camp Challenge è un progetto interdisciplinare che invita gli studenti fino ai 18 anni a progettare un campo base lunare. Gli studenti esplorano l’ambiente estremo dello spazio e devono progettare un campo che sia in grado di sostenere almeno due astronauti mantenendoli anche al sicuro dai pericoli. Il progetto, una collaborazione tra l’ESA e l’Airbus Foundation, consente agli studenti di utilizzare tecnologie di apprendimento stimolanti e innovative, come la modellazione 3D.

Il progetto Climate Detectives stimola gli studenti di età compresa tra gli 8 e i 15 anni a ‘fare la differenza’ identificando un problema climatico nel loro ambiente locale e utilizzando immagini satellitari o misurazioni del terreno per indagare su di esso come dei “detective del clima”. Sulla base dei loro risultati, i gruppi possono proporre dei modi per monitorare il problema o aumentarne la consapevolezza. Partecipando, gli studenti imparano che il clima sulla Terra è un sistema complesso e mutevole, ed è importante rispettare il nostro ambiente.

Scopri come i tuoi studenti possono prendere parte a queste sfide sulle pagine web ESA Education dedicate al progetto Moon Camp e Climate Detectives.

L’ESA è il portale europeo per lo spazio, con sede a Parigi, in Francia.

Artist’s impression of a lunar base currently being constructed by ESA
Rappresentazione artistica di una base lunare attualmente in fase di costruzione all’ESA
ESA/Foster + Partners

ESO: Relatività generale nel cuore della Via Lattea

Oscurato da spesse nuvole di polvere assorbente, il buco nero supermassiccio più vicino alla Terra si trova a 26.000 anni luce di distanza dal centro della Via Lattea. Questo buco nero, che ha una massa quattro milioni di volte quella del Sole, è circondato da un piccolo gruppo di stelle che orbitano attorno ad esso ad alta velocità. Questo ambiente estremo lo rende il luogo ideale per esplorare la fisica gravitazionale e nuove osservazioni dall’Osservatorio Europeo Australe (ESO, European Southern Observatory) hanno recentemente confermato un effetto previsto dalla teoria della relatività generale di Einstein.

Questo effetto, chiamato spostamento verso il rosso (redshift) gravitazionale, si verifica quando la luce della stella viene allungata a lunghezze d’onda maggiori da un campo gravitazionale molto forte, come un buco nero. Le nuove misurazioni rivelano chiaramente questo effetto e la variazione misurata nella lunghezza d’onda corrisponde esattamente a quella prevista dalla teoria di Einstein.

I risultati sono stati ottenuti utilizzando lo strumento GRAVITY sul Very Large Telescope dell’ESO e seguono una campagna di osservazione durata 26 anni. È la prima volta che gli effetti della relatività generale sono stati osservati nel movimento di una stella attorno al buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea.

Leggi il comunicato stampa completo sul sito web dell’ESO.

L’ESO è la principale organizzazione intergovernativa di astronomia in Europa e l’osservatorio astronomico di terra più produttivo al mondo, con sede a Garching, vicino a Monaco di Baviera in Germania, e telescopi in Cile.

Simulation showing the orbits of stars around the black hole at the heart of the Milky Way
Simulazione che mostra le orbite delle stelle attorno al buco nero nel cuore della Via Lattea
ESO/L Calçada/spaceengine.org

ESRF: Una ricerca suggerisce come intrappolare l’anidride carbonica nel sottosuolo 

L’anidride carbonica è un gas importante dal punto di vista ambientale che svolge un ruolo cruciale nel cambiamento climatico. È presente anche all’interno della Terra e gli scienziati hanno studiato a lungo cosa succede all’anidride carbonica ad alte temperature e pressioni – le stesse condizioni che si verificano in profondità nel sottosuolo. Ma, fino a poco tempo fa, la ricerca si è concentrata esclusivamente sull’anidride carbonica nel mantello superiore, dove è stato dimostrato che il composto si decompone formando diamante e ossigeno.

Un gruppo di scienziati ha ora studiato cosa succede all’anidride carbonica nelle condizioni tra il mantello inferiore e il nucleo metallico, a una profondità di 2000-2400 km. Usando la beamline ad alta pressione ID27 presso l’European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) per ottenere le stesse condizioni, hanno sottoposto il campione a 2400°C e 120 GPa di pressione. I ricercatori hanno scoperto che l’anidride carbonica rimane stabile in una forma cristallina in queste condizioni più estreme e non si dissocia come aveva fatto con le pressioni di 40 GPa degli esperimenti precedenti sul mantello superiore.

“I nostri risultati indicano che la forma cristallina estesa dell’anidride carbonica è stabile nelle condizioni termodinamiche del profondo mantello inferiore, e quindi potrebbe essere utile per capire la distribuzione e il trasporto di carbonio nelle profondità del nostro pianeta”, spiega Kamil Dziubek, principale ricercatore dello studio. “Potrebbe persino aprire le porte alla possibilità di intrappolare l’anidride carbonica nel sottosuolo”, ha affermato. Questa potrebbe essere una potenziale soluzione per mitigare i cambiamenti climatici associati all’effetto serra.

Per ulteriori approfondimenti sullo studio, leggi l’articolo di ricerca originale pubblicato su Nature Communications. Vedi:

Dziubek KF et al. (2018) Crystalline polymeric carbon dioxide stable at megabar pressureNature Communications 9: 3148. doi: 10.1038/s41467-018-05593-8

Situato a Grenoble, in Francia, l’ESRF gestisce la più potente sorgente di radiazione di sincrotrone in Europa.

Scientist Mohamed Mezouar, who is responsible for beamline ID27
Lo scienziato Mohamed Mezouar, responsabile della beamline ID27
S Candé

EUROfusion: Passaggio di consegne per la presidenza dell’EIROforum

Il ruolo di presidenza delle otto organizzazioni europee che compongono l’EIROforum ruota ogni anno. Nel luglio 2018, l’European Molecular Biology Laboratory (EMBL) ha passato la carica all’EUROfusion, che lo manterrà fino al giugno 2019.

In questo periodo, il direttore del programma EUROfusion Tony Donné vuole continuare a concentrarsi sulle attività che possono fornire il massimo beneficio a tutti i membri dell’EIROforum. “Vogliamo continuare le eccellenti iniziative che sono state avviate sotto la presidenza presente e precedente”, afferma. Donné crede che lavorando insieme e condividendo esperienze e punti di vista ogni organizzazione facente parte dell’EIROforum può avere un maggiore impatto sugli sviluppi futuri della scienza in Europa.

Inoltre, all’ordine del giorno c’è l’aumento della visibilità e del profilo dell’EIROforum attraverso attività di sensibilizzazione e formazione, che includono il finanziamento di Science in School. “Per quanto mi risulta, è l’unica rivista con informazioni dirette sulla scienza fatte da insegnanti e indirizzate a loro”, afferma Petra Nieckchen, responsabile dell’ufficio comunicazioni di EUROfusion e membro del comitato editoriale di Science in School.

Leggi il comunicato completo sul sito web EUROfusion.

L’EUROfusion gestisce e finanzia le attività di ricerca sulla fusione in Europa, con l’obiettivo di realizzare l’elettricità da fusione. Il consorzio comprende 30 membri provenienti da 26 paesi dell’Unione Europea, dalla Svizzera e dall’Ucraina.

Tony Donné, EUROfusion programme manager, takes over as the EIROforum chair.
Tony Donné, responsabile del programma EUROfusion, assume la presidenza di EIROforum.
EUROfusion

European XFEL: Primi risultati del più grande laser a raggi X al mondo

I primi risultati degli esperimenti effettuati presso l’European X-ray Free-Electron Laser (European XFEL) sono stati pubblicati ad agosto – giusto in tempo per celebrare l’anniversario di un anno dall’apertura della struttura. Due gruppi indipendenti, uno del Max Planck Institute for Medical Research e un altro del Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), hanno usato gli impulsi ultracorti e ad alta intensità del laser per decifrare la struttura 3D di diverse proteine – raccogliendo i dati a una velocità maggiore di quanto è stato precedentemente ottenuto.

Gli esperimenti sono stati possibili grazie all’elevata frequenza di ripetizione degli impulsi a raggi X del laser, equivalente a più di un milione di impulsi ai raggi X al secondo. Questa è la prima volta che si raggiunge una frequenza di impulso superiore a 1 MHz. Tuttavia, poiché gli impulsi sono erogati in raffiche concentrate seguite da lunghe interruzioni, il numero effettivo di impulsi erogati in questi esperimenti è stato solo di circa 300 al secondo.

Man mano che il tempo e il costo degli esperimenti diminuiranno, molti altri ricercatori, tra cui biologi, fisici e chimici, saranno in grado di condurre esperimenti all’European XFEL.

Leggi il comunicato stampa completo sul sito web dell’European XFEL.

Per ulteriori approfondimenti sui risultati del primo esperimento scientifico presso l’European XFEL, visita il loro sito Web.

L’European XFEL è un ente di ricerca nella zona di Amburgo in Germania. I suoi flash a raggi X estremamente intensi sono utilizzati dai ricercatori di tutto il mondo.

European XFEL’s first published results were performed at the SPB/SFX instrument, shown here.
I primi risultati pubblicati dall’European XFEL sono stati eseguiti con lo strumento SPB/SFX, qui mostrato.
European XFEL

ILL: Forze unite per sviluppare nuove tecnologie spaziali 

Le missioni spaziali richiedono una vasta gamma di materiali, dai metalli ad alte prestazioni per le strutture dei veicoli alle strutture leggere e gonfiabili per gli ambienti dell’equipaggio. Questi requisiti presentano diverse sfide, in quanto i materiali devono anche essere durevoli e funzionali in un ambiente così ostile.

La combinazione di risorse, strutture e competenze è essenziale per lo sviluppo di queste nuove tecnologie. L’Institut Laue Langevin (ILL) e l’European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) si sono uniti a due importanti società spaziali europee, OHB System AG e MT Aerospace AG, per affrontare queste sfide.

I neutroni dell’ILL possono esplorare la materia in profondità e sono quindi una sonda ideale per la maggior parte dei materiali, mentre i raggi X ad alta energia dell’ESRF possono penetrare in strutture di grandi dimensioni e fornire dati strutturali dalla scala atomica ai micron. Analizzando la materia con i neutroni e i raggi X, questa collaborazione mira a far progredire la tecnologia dei materiali aerospaziali e rendere i processi di produzione più efficienti. Lo sviluppo dei materiali alla base delle tecnologie spaziali aprirà la strada a missioni spaziali di maggiore successo e a potenziali applicazioni per l’utilizzo sulla Terra.

Scopri di più sulla collaborazione, visita il sito web dell’ILL.

Con sede a Grenoble, in Francia, l’ILL è un centro di ricerca internazionale all’avanguardia nella scienza e tecnologia dei neutroni.

ILL, ESRF and two leading European space companies agree to combine resources to develop new space technologies.
L’ILL, l’ESRF e due importanti aziende spaziali europee concordano di unire le risorse per sviluppare nuove tecnologie spaziali.
Serge Claisse/ILL

EIROforum

L’EIROforum unisce le risorse, le strutture e le competenze delle sue organizzazioni per aiutare la scienza europea a raggiungere il suo pieno potenziale.

Per ulteriori informazioni, consulta un elenco di articoli relativi all’EIROforum su Science in School o sfoglia gli altri articoli di notizie dell’EIRO.

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Institution

EMBL, EIROforum, CERN, EUROfusion, ESA, ESO, ESRF, European XFEL, ILL

License

CC-BY