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Un segnale allettante di materia oscura

Un esperimento ai Laboratori nazionali del Gran Sasso continua a osservare fluttuazioni nei dati che secondo alcuni ricercatori potrebbero essere segnali di materia oscura. Ma altri scienziati sono scettici e il mistero ormai ventennale di queste fluttuazioni si infittisce sempre di più

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Tecnici alle prese con il rivelatore dell'esperimento DAMA/LIBRA. (Credit: DAMA-LIBRA Collab./LNGS-INFN)

Un gruppo di fisici ha dichiarato che sta ancora rilevando la presenza di materia oscura – la sostanza misteriosa che si ritiene costituisca l’85 per cento della materia nell’universo – vent’anni dopo aver visto i primi indizi di un segnale del genere.
DAMA, una collaborazione di ricercatori italiani e cinesi, ha annunciato i risultati tanto attesi di sei anni di raccolta dati, seguiti a un aggiornamento dell’esperimento nel 2010. I risultati sono di stimolo per i vari gruppi che tentano di riprodurre i controversi risultati di DAMA, che contraddicono quelli di altri esperimenti. Ma la maggiore sensibilità di DAMA rende i suoi risultati ancora più difficili da spiegare, dicono i fisici.

Le osservazioni delle galassie e della radiazione primordiale dell’universo implicano che la stragrande maggioranza della materia sia di tipo invisibile e che interagisca quasi esclusivamente attraverso la gravità. Esistono molte teorie per spiegare la natura di questa materia oscura, e molti esperimenti hanno tentato di rilevarla ipotizzando sottili interazioni con la materia ordinaria.

Rita Bernabei, fisica dell’Università di Roma-Tor Vergata che ha guidato DAMA sin dai primi giorni, ha presentato gli ultimi risultati il 26 marzo in un incontro ai Laboratori nazionali del Gran Sasso dell’Istituto nazionale di fisica nucleare, dove l’esperimento si trova in una caverna nel cuore di montagna. Le diapositive del suo intervento sono disponibili on line e Bernabei ha dichiarato a “Nature” che il suo gruppo non farà commenti finché non sarà completato il suo articolo sui risultati. I fisici che cercano la materia oscura sperano di misurare la piccola quantità di energia emessa quando le particelle in un “alone” di materia oscura che si pensa avvolga la Via Lattea interagiscono con gli atomi di materia ordinaria sulla Terra. Registrando brevi lampi di luce che compaiono in cristalli di ioduro di sodio quando particelle subatomiche colpiscono il nucleo di un atomo di sodio o di iodio. Alcuni lampi compaiono in seguito a collisioni di neutroni vaganti e altra radioattività di fondo. Ma un segnale dalla materia oscura nella Via Lattea si distinguerebbe, perché apparirebbe con una caratteristica modulazione annuale.

Questo perché mentre il Sole si muove attorno alla galassia, l’alone dovrebbe investire il sistema solare come un vento frontale, che visto dalla Terra potrebbe variare leggermente in velocità mentre la Terra orbita attorno al Sole. Più la Terra si muove velocemente, più numerose dovrebbero essere le rilevazioni di materia oscura, e quindi il numero di lampi rilevati dovrebbe variare nel corso dell’anno. I segnali dovrebbero raggiungere il picco a inizio giugno e il minimo a inizio dicembre, dice Katherine Freese, fisica teorica astroparticellare dell’Università del Michigan ad Ann Arbor, che faceva parte del gruppo che per primo propose di cercare simili fluttuazioni nel 1986.

Un alone di dubbio
Ma quando DAMA ha annunciato per la prima volta di aver osservato fluttuazioni del genere, poco dopo l’attivazione della prima versione dell’esperimento nel 1997, la comunità dei fisici è stata scettica. I critici dubitavano che questo effetto fosse un vero segno di materia oscura. Le fonti terrestri o gli artefatti dell’apparecchio – dicevano – avrebbero potuto simulare un segnale reale. C’era anche la possibilità che il segnale svanisse dopo la sostituzione di parti del rivelatore con una nuova tecnologia. Ma non è successo. “La modulazione è ancora lì, forte e chiara”, dice Freese.

Anche una serie di esperimenti sempre più sofisticati che dovrebbero vedere la materia oscura – sebbene con tecniche diverse – finora non ha trovato nulla. Ma il gruppo DAMA ha continuato a vedere una fluttuazione. Il gruppo ha confermato di aver visto il segnale l’ultima volta nel 2013, con una precedente versione dell’esperimento, chiamata fase 1 di DAMA/LIBRA. Le scoperte più recenti, quelle della fase 2 dell’aggiornamento di DAMA/LIBRA, arrivano mentre altri esperimenti stanno cercando, per la prima volta, di confermare o smentire l’annuncio usando lo stesso tipo di cristalli di ioduro di sodio di DAMA.

Il principale è COSINE-100, esperimento statunitense e sudcoreano presso il laboratorio sotterraneo di Yangyang in Corea del Sud. Hyunsu Lee, fisico dell’Institute for Basic Science di Daejeon, afferma che se il segnale di DAMA fosse scomparso nei nuovi dati, avrebbe attenuato la motivazione per ulteriori esperimenti basati su ioduro di sodio.

“Per noi, questi risultati sono molto incoraggianti”, dice Susana Cebrian, fisica dell’Università di Saragozza, in Spagna, che lavora a un altro tentativo di replica, chiamato ANAIS, nel Laboratorio sotterraneo Canfranc nei Pirenei.

Una deviazione inattesa
Ma gli ultimi risultati di DAMA hanno portato a un colpo di scena. L’aggiornamento ha reso l’esperimento sensibile alle collisioni a energia più bassa: segnali da particelle che si muovono più lentamente. Per i tipici modelli di materia oscura, i tempi delle fluttuazioni, visti dalla Terra, dovrebbero invertirsi al di sotto di determinate energie: “Dovrebbe raggiungere il picco a dicembre e il minimo a giugno”, dice Freese. Ma gli ultimi risultati non mostrano questo andamento. La deviazione “è stimolante, dà nuovi spunti di riflessione”, afferma Juan Collar, fisico sperimentale dell’Università di Chicago, nell’Illinois, che si occupa di rilevazione della materia oscura. “Chi elabora modelli farà festa”, aggiunge. “Potrebbe indicare un’origine banale della materia oscura oppure richiedere un’interpretazione estremamente complessa”.

Molti fisici però esprimono ancora scetticismo. Il 26 marzo Dan Hooper, fisico del Fermi National Accelerator Laboratory di Batavia, Illinois, ha twittato: “Sono un costruttore di modelli di materia oscura molto creativo (se posso dirmelo da solo) e non riesco a trovare un modello valido che possa produrre questo segnale”.
Freese, che non fa parte della collaborazione DAMA, è più ottimista. Dice che i dati a basse energie sono ancora provvisori, e potrebbero ancora essere compatibili con un flip.

“È più urgente che mai che un esperimento indipendente basato sulla stessa tecnica, come ANAIS, possa riprodurre l’effetto”, afferma Cebrian. Il suo gruppo concluderà il primo anno di raccolta dati ad agosto, afferma, e intende pubblicare i risultati entro la fine dell’anno.

A quel punto, COSINE-100 avrà accumulato due anni di dati e probabilmente pubblicherà i suoi primi risultati. Altri esperimenti sono previsti in Australia e Giappone; Il rivelatore PICO-LON, che i ricercatori giapponesi sperano di installare nel Kamioka Underground Observatory, sarà particolarmente sensibile a quegli eventi a bassa energia significativi, afferma Kenichi Fushimi, che sta guidando il progetto per l’Università di Tokushima. Anche se gli ultimi aggiornamenti di DAMA hanno eliminato alcune preoccupazioni potenziali che l’effetto potesse essere generato all’interno del rivelatore, Collar afferma: “Resta però il mistero del perché il loro risultato è incompatibile con qualsiasi altro risultato ottenuto in questo campo”.

(L’originale di questo articolo è stato pubblicato su Nature





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le Scienze, Nature

Detective presso Computer Crime Research Center. Investigazioni Roma. Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni Seminario Analisi del Crimine Violento Università di Roma

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Prime terapie sperimentali con cellule geneticamente modificate

Si tratterebbe di uno dei primissimi trial clinici con cellule modificate geneticamente ma, chiaramente, non sarebbe la prima modifica di genoma umano con CRISPR-Cas9.

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È complicato fare il proprio lavoro quando ci si trova a dover continuamente cambiare rotta per via di ostacoli piazzati sul percorso, ma ciò non vuol dire che non sia possibile raggiungere comunque traguardi importanti. Anzi, è quello che è sempre accaduto con la scienza, abituata a zigzagare tra i paletti ideologici che, neanche a dirlo, provengono principalmente dalle alte sfere religiose, ma che nonostante tutto non arresta i suoi progressi. Un esempio è quello della ricerca sulle cellule staminali, castrata in alcuni Paesi da legislazioni che impediscono di utilizzare la principale fonte di questo tipo di cellule: i pre-embrioni. In Italia il relitto della famosa legge 40 vieta esplicitamente la sperimentazione su di essi, ivi compresi quelli già prodotti e non impiantabili che non possono nemmeno essere distrutti.

Nel frattempo si studia comunque come intervenire con tecniche di ingegneria genetica per modificare il genoma nelle cellule di qualunque tipo, e molto promettente si sta rivelando il sistema di editing genetico CRISPR-Cas9 che recentemente ha iniziato a essere sperimentato anche sulle cellule umane. È di questi giorni infatti la notizia che negli Stati Uniti è partita una sperimentazione basata su CRISPR-Cas9 su 18 volontari affetti da una patologia rara, l’amaurosi congenita di Leber, caratterizzata da una mutazione genetica che può portare l’individuo alla cecità a causa di una progressiva degenerazione dei fotorecettori della retina. La sperimentazione riguarda una particolare forma di questa malattia denominata Lca10, non trattabile con l’inserimento del gene RPE65 che risulta invece efficace in altre forme.

Si tratterebbe di uno dei primissimi trial clinici con cellule modificate geneticamente ma, chiaramente, non sarebbe la prima modifica di genoma umano con CRISPR-Cas9. Da tempo, infatti, sempre negli Usa si testa l’editing genetico di cellule umane da pazienti oncologici o affetti da malattie genetiche, che naturalmente saranno i primi futuri destinatari di questo tipo di trattamenti potenzialmente risolutivo. Sempre nella speranza che vengano progressivamente abbattute quelle barriere ideologiche che facendo leva su timori per lo più non giustificati, mediante descrizione di scenari distopici con laboratori come fabbriche di cloni umani, impediscono di sfruttare tecniche che, in particolare se utilizzate su staminali, potrebbero realmente risolvere molti problemi e non solo di tipo patologico. Basti pensare alla propaganda no-Ogm, secondo cui qualunque tipo di intervento genetico sulle piante, che pure potrebbe risolvere molti dei problemi alimentari e ambientali, sarebbe eticamente sbagliato.

Intendiamoci, non è che si voglia auspicare una sorta di Far West scientifico, è chiaro che una regolamentazione è necessaria ed è altrettanto chiaro che qualunque regolamentazione sarebbe in parte influenzata da questioni etiche. Ma la situazione attuale vede una prevalenza delle questioni etiche, soprattutto ideologiche, a scapito di argomentazioni scientifiche. Nel frattempo si muore. Di malattie e anche di fame. Un video realizzato da The Guardian, solo in inglese ma sottotitolato, spiega in pochi minuti il funzionamento della tecnica CRISPR-Cas9 e spiega anche perché sarebbe un errore non proseguire nella ricerca in questo senso, pur con tutte le opportune limitazioni del caso. Perché l’ideologia applicata non cura le persone. L’ideologia religiosa è quella che le persone piuttosto le uccide, come nel caso delle minacce dei talebani in Pakistan a chi pratica le vaccinazioni anti-polio. E a chi suona musica a volume troppo alto.





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Un cuore artificiale stampato in 3D

Tessuti, valvole e un cuore di neonato in grado di contrarsi: sono i risultati ottenuti con una tecnica di stampa in 3D che usa come “inchiostro” il collagene, uno dei componenti dell’impalcatura di sostegno dei tessuti biologici

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Science Photo Library/AGF

Il sogno di avere pezzi di ricambio per gli organi umani, e in particolare per il cuore, sembra ancora più vicino. Andrew Lee della Carnegie Mellon University di Pittsburgh e colleghi hanno perfezionato le più recenti tecniche di stampa in 3D e usato come materia prima il collagene, la più importante componente della matrice extracellulare (l’impalcatura di sostegno dei tessuti biologici). Con l’aggiunta di cellule in coltura, il risultato descritto sulle pagine di “Science” – è sorprendente: tessuti e strutture che riproducono con incredibile accuratezza l’anatomia e le funzioni fondamentali del cuore umano, come la contrattilità e l’apertura e la chiusura delle valvole cardiache.

Il risultato corona alcuni anni di sforzi di ricerca e sperimentazione del gruppo di Lee, che già nel 2015 aveva presentato la prima versione di questa tecnica, denominata FRESH. Tuttavia, non era ancora stato superato uno degli ostacoli fondamentali della stampa di tessuti biologici, o bioprinting, e cioè la produzione di un materiale che sia al contempo soffice e dotato di una microstruttura molto ben definita, adatta cioè a sostenere la colonizzazione delle cellule e una rete di vasi sanguigni.

Il collagene, in particolare, è il materiale più adatto a formare l’impalcatura di sostegno per gli organi artificiali, ma è difficile controllarne la microstruttura a diverse scale dimensionali mentre si stampa.

Lee e colleghi hanno risolto il problema depositando il collagene come un normale “inchiostro” in una stampante 3D, strato per strato, all’interno di un gel, controllando la solidificazione del collagene anche alle scale più piccole, fino a 10 micron. Hanno così ottenuto una matrice con una microstruttura porosa, con canali di dimensioni fino a 30 micron di diametro, adatti all’infiltrazione delle cellule e alla vascolarizzazione della matrice.

Una delle valvole cardiache prodotte con la nuova tecnica (Carnegie Mellon University College of Engineering)


Questi ultimi due processi hanno avuto successo, sia con cellule di topo sia con cellule umane in coltura, grazie all’aggiunta di due ingredienti: la fibronectina, un’altra proteina fondamentale della matrice extracellulare naturale, e il VEGF, un potente fattore di crescita dei vasi sanguigni.

Usando cardiomiociti, le cellule che costituiscono il muscolo cardiaco, derivati da cellule staminali umane, gli autori sono poi riusciti a produrre anatomie sempre più complesse – un tessuto cardiaco, un ventricolo e infine un cuore di neonato completo – con una fedeltà notevole, documentata dalle immagini di risonanza magnetica.

Ma a stupire di più sono i risultati in termini di funzionalità del prototipo: i tessuti umani così organizzati possono contrarsi in modo sincrono, e le valvole cardiache si chiudono e si aprono.

Il metodo FRESH, in questa sua seconda versione denominata FRESH 2.0, ha dunque dimostrato la sua validità per il cuore umano, ma potrebbe essere usato per produrre tessuti di sostegno per un’ampia gamma di organi. La strada per questo obiettivo deve superare ancora diversi problemi tecnici, primo fra tutti la stampa in 3D di tessuti di grandi dimensioni, con miliardi di cellule.





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Le prime immagini del centro Ames della Nasa

In occasione dei primi 50 anni di questo luogo importantissimo per la scienza spaziale, un video storico dell’Agenzia spaziale americana

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Era il 1939 quando, in qualità di secondo polo nazionale degli Stati Uniti per la ricerca in aeronautica, nasceva il centro Ames della Nasa: un conglomerato delle più grandi e sofisticate strutture per i test di volodell’epoca.

Sono trascorsi esattamente 50 anni e, in occasione di questo anniversario importante, l’Agenzia spaziale ricorda lo sviluppo di questo luogo del cuore attraverso le voci dei suoi personaggi e le immagini originali dei primi anni di attività. Un video da non perdere per gli appassionati di storia.

(Video credit: Nasa/Ames Research Center)





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