Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     Siemens  n-tv 
Datenbankrecherche:

Fachgebiet (optional):

 

A Better Mesh: Researchers ‘Tighten’ Body's Protective Coating

09.02.2009
Fibers in the mucus coatings of the eyes, lungs, stomach or reproductive system naturally bundle together and allow the tiniest disease-causing bugs, allergens or pollutants to slip by. But researchers have discovered a way to chemically shrink the holes in the "netting" so that it will keep out more unwanted particles.

Anzeige

A net with large holes won’t catch small fish. Likewise, the microscopic fibers in the protective mucus coatings of the eyes, lungs, stomach or reproductive system naturally bundle together and allow the tiniest disease-causing bugs, allergens or pollutants to slip by.


But Johns Hopkins researchers have discovered a way to chemically shrink the holes in the mucus layer’s netting so that it will keep out more of the unwanted particles.

“The mucus layer is an outstanding barrier to most things, but not a perfect one for objects smaller than several hundred nanometers (about 1,000 times smaller than the width a human hair). We still get sick far too often,” says Samuel Lai, a chemical and biomolecular researcher in the Whiting School of Engineering and a member of the university’s Institute for NanoBioTechnology (INBT).

“The question we asked was, ‘Can we shrink the size of the holes in the human mucus barrier to help prevent its penetration by potentially harmful nano-size objects?’ ” says Justin Hanes, principal investigator of the study and a professor of chemical and biomolecular engineering. Hanes also is director of therapeutics for the INBT.

The team showed that tiny strands in the mucus layer -- the mucin fibers -- naturally tend to bundle and bunch together, creating gaps large enough for pathogens and potentially dangerous pollutants to get in. But by adding a simple detergent to the mix, Lai and his colleagues partially disrupted the bundling of mucin fibers, a procedure that decreased the size of the holes in the mesh. Particles in the range of 200 nanometers in diameter that previously slipped through easily now became trapped in the more finely strung netting.

The findings were reported in the Jan. 28 online edition of the journal Public Library of Science One. For this research, the team studied protective coatings taken from the female reproductive tract, conducting high-resolution microscopy experiments with particles as large as 1 micron and as small as 100 nanometers in size.

To shrink the holes in the network’s mesh, the researchers used a detergent commonly found in many personal care products. Mucus treated with the detergent slowed nanoparticle movement dramatically, especially in the 200-500 nanometer range, which was clearly demonstrated in videos enhanced by fluorescent imaging.

“We suspected the fibers are bundled together, making large holes in the mucus mesh, but this was the first time it was shown definitively,” says Ying-Ying Wang, a doctoral student and National Science Foundation graduate fellowship recipient in biomedical engineering. “And we didn’t know going into this study exactly how much we could shrink the holes, if at all. It was exciting to see particles the size of many potentially dangerous substances become completely trapped in mucus, since mucus trapping typically leads to harmless removal from our bodies,” Wang adds.

The team, which also includes Richard Cone, a biophysics professor and INBT-affiliated faculty member from the Krieger School of Arts and Sciences, and Denis Wirtz, professor of chemical and biomolecular engineering and INBT’s associate director, envisions many potential applications for this concept.

“If there is an outbreak of influenza, for example, we imagine that doctors and nurses could inhale these agents in an aerosolized form and be protected against the virus for several hours,” Lai says. “People who work where there are high levels of nanoparticles in the air, such as mine workers or builders, could use a product with these fiber debundling detergents to prevent dangerous exposure.”

Since the mucus layer constantly clears from the body, any enhancement to its protective ability would be short-lived, adds Lai. For example, coatings clear from the lungs in as little as 30 minutes, while the mucus lining in the stomach and intestine takes several hours to renew.

This study is only a start, Lai explains, and the technique has not yet been tested in humans. “The next step will be to try different substances, perhaps those paired to specific pathogens, and observe how these substances improve the performance of the mucus barrier,” he says. In addition, microbe-killing agents could be combined with detergents to not only slow but destroy the trapped potential pathogens, he says. Animal studies are being planned.

This work was funded by the National Institutes of Health and a graduate research fellowship from the National Science Foundation.

The study -- by Samuel K. Lai, Ying-Ying Wang, Richard Cone, Denis Wirtz and Justin Hanes and entit;ed “Altering Mucus Rheology to ‘Solidify’ Human Mucus at the Nanoscale” -- can be viewed online at:
http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0004294 .

Related links:
Justin Hanes’ Lab Page: http://www.jhu.edu/chembe/hanes/
Richard Cone’s Lab Page: http://biophysics.jhu.edu/cone/
Denis Wirtz’s Lab Page: http://www.jhu.edu/chembe/wirtz/
Department of Chemical and Biomolecular Engineering: http://www.jhu.edu/chembe/
Johns Hopkins Institute for NanoBioTechnology: http://inbt.jhu.edu/

Mary Spiro | Quelle: Newswise Science News
Weitere Informationen: www.jhu.edu

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wichtige Rolle bei der Steuerung der postnatalen Neurogenese nachgewiesen
21.05.2012 | Universität Ulm

nachricht Hitting snooze on the molecular clock: Rabies evolves slower in hibernating bats
21.05.2012 | University of Georgia

Alle Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>


Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wichtige Rolle bei der Steuerung der postnatalen Neurogenese nachgewiesen


Eine Forschungsgruppe der Universität Ulm hat einen neuartigen molekularen Schalter im Gehirn identifiziert, der eine wichtige Rolle bei der Steuerung der postnatalen Neurogenese im Gyrus dentatus spielt, der Unterregion im Hippocampus, in der lebenslang Nervenzellen aus neuralen Stammzellen gebildet werden.

„Unsere Untersuchungen beschreiben erstmals einen neuen und letztlich unerwarteten Signalweg bei der Regulation der Neurogenese im Hippocampus“, sagt Professor Stefan Britsch, Direktor des Instituts für Molekulare und Zelluläre Anatomie, der die Arbeit dieser Tage gemeinsam mit Dr. Ruth Simon im international renommierten Fachblatt EMBO-Journal veröffentlicht. An dem von der Deutschen ...

Im Focus: Angriffswerkzeug der Bakterien hochaufgelöst in 3D


Pest, Bakterienruhr und Cholera haben eines gemeinsam: Sie werden von Bakterien ausgelöst, die ihren Wirt mit einem ausgeklügelten Injektionsapparat infizieren.

Über nadelartige Strukturen spritzen sie molekulare Wirkstoffe in ihre Wirtszellen und überlisten so deren Immunabwehr. Forscher vom Göttinger Max-Planck-Institut (MPI) für biophysikalische Chemie haben in Zusammenarbeit mit Kollegen am Berliner MPI für Infektionsbiologie und der University of Washington in Seattle (USA) jetzt die Struktur einer solchen Nadel im atomaren Detail ...

Im Focus: Benzinalternative Wasserstoff: Geesthachter Wissenschaftler erforschen Bor im Tank


Mit rund 2,3 Millionen Euro finanziert die Europäische Technologieinitiative „Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking“ (FCH JU) die Entwicklung neuer Wasserstoff-Feststoffspeicher auf Basis von Borhydriden. Diese Verbindungen nehmen besonders viel Wasserstoff auf, die Tanks bleiben dadurch kompakt. Koordiniert wird das Projekt „Bor4Store“ vom Institut für Werkstoffforschung im Helmholtz-Zentrum Geesthacht.

Bei Preisen um 1,70 Euro pro Liter Treibstoff und den hohen Preisen für Heizöl sehnt sich so mancher Autofahrer, Hausbesitzer oder Mieter nach günstigen Alternativen. So viel ist sicher: Benzin und Heizöl werden zukünftig nicht billiger — auch weil unsere Erdölreserven knapper werden. Wissenschaft und Industrie setzen als eine mögliche ...

Im Focus: "Ei am Stiel“: Seidenproteine der Florfliege erstmals biotechnologisch hergestellt


Einem Bayreuther Forschungsteam gelingt die biomimetische Herstellung von Eierstielen – mit weitreichenden Anwendungsperspektiven für die Industrie

Was am seidenen Faden hängt, ist vor Feinden sicher. Nach diesem Prinzip schützen die Florfliegen ihren Nachwuchs, wenn sie ihre Eier an selbst produzierten, hochgradig belastbaren Seidenfäden herabhängen lassen. Diese Eierstiele künstlich nachzubauen, ist jetzt erstmals einem Team um Prof. Dr. Thomas Scheibel und Dipl.-Biol. Felix Bauer an der Universität ...

Im Focus: FH Düsseldorf untersucht Methankonzentration am Leck der havarierten ELGIN-Bohrinsel in der Nordsee


Das Labor für Umweltmesstechnik der Fachhochschule Düsseldorf unter der Leitung von Prof. Dr. Konradin Weber hat zusammen mit der Dürener Firma TIB Infrared Solutions einen ausgedehnten Forschungsflug zur ELGIN-Gasbohrinsel in der Nordsee zwischen Schottland und Norwegen unternommen.

Bei der Bohrinsel war am 25. März 2012 ein Gasleck entstanden, bei dem große Mengen von Methan-Gas austraten. Aufgrund einer befürchteten Explosionsgefahr wurde daraufhin eine drei Meilen umfassende Sperrzone rings um die Bohrinsel errichtet.

Wegen der Dringlichkeit durch mögliche Umweltgefährdungen erhielten die Düsseldorfer Wissenschaftler eine Einfluggenehmigung für die Sperrzone und ...

Alle Focus-News des innovations-reports >>>

Anzeige

B2B Suche
Produkt / Dienstleistung
Firma / Organisation

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Aktuell

Wichtige Rolle bei der Steuerung der postnatalen Neurogenese nachgewiesen

21.05.2012 | Biowissenschaften Chemie

AUTOMATICA 2012 eröffnet mit Hallenzuwachs

21.05.2012 | Messenachrichten

University of Nevada, Reno, scientists design indoor navigation system for blind

21.05.2012 | Informationstechnologie

VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Veranstaltungen

Faktor Mensch in der Automobil-Produktion

21.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten

TU9-Universitäten bei der 64. NAFSA-Konferenz 2012 in Houston, Texas (USA)

21.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten

Deutscher Ärztetag tagt in Nürnberg

21.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten

FindAndHelp