本周，克里斯·史密斯和伊兹·克拉克探索了保持我们健康的有益材料。种植牙是如何制作和安装的?耐细菌塑料涂层;髋关节植入物和塑料袋有什么共同之处。此外，在最新的科学新闻中，为什么胰腺癌如此具有攻击性——以及我们如何阻止它，有迹象表明，十倍地球大小的东西撞上了木星，等等……
在这一集里
阻止胰腺癌的新潜力
保罗·蒂姆森，加文研究所
众所周知，胰腺癌的预后很差;只有不到十分之一的确诊患者能存活5年以上。现在，澳大利亚的科学家已经发现了这种疾病如此具有侵略性的部分原因:肿瘤分泌的化学物质会破坏附近的健康细胞，并将它们变成一个保护屏障，滋养癌症并促进其扩散。但是现在悉尼Garvan研究所的Paul Timpson已经确定了导致这种情况发生的信号，应该有可能阻止它们，并改善患者的前景。
从根本上说，胰腺癌是一个主要杀手。这种疾病通常被组织包围，这些组织通常保护它不受化疗的影响。周围的组织也起到了让癌症扩散的高速公路的作用。我们想要了解两件事:它是如何工作的，以及我们如何针对它。所以我们做了一个非常简单的实验:我们取了两种患有胰腺癌的老鼠;一只老鼠的肿瘤一直在扩散，另一只老鼠的肿瘤以同样的速度生长，但没有转移。
Chris -这些小鼠是自然发展为胰腺癌还是这些小鼠相当于人类胰腺癌?
保罗:嗯，这是个好问题。这些老鼠经过基因工程改造，具有人类所具有的典型突变。这只老鼠患有模仿人类疾病的胰腺癌。所以我们问了一个简单的问题:为什么一种会传播，而另一种却不会。所以我们把这些细胞，称为成纤维细胞，它们包围着肿瘤并保护肿瘤，我们把它们混合在一起。我们从转移性扩散的肿瘤中取出细胞，并将它们与非扩散的肿瘤混合，突然间，肿瘤就可以扩散了。
Chris -当你说你取了这些成纤维细胞，这些不是癌细胞，这些只是在癌症周围的正常组织中?
保罗-是的。它们被称为癌症相关成纤维细胞。例如，癌症可以教育它的周围环境来操纵一个通常具有伤口愈合功能的细胞，它告诉这个细胞“我想让你产生X数量的分子来帮助我生长，帮助我保护自己免受化疗的伤害，并帮助我扩散”。这就是为什么我们把这些细胞，和不能扩散的肿瘤混合在一起，突然间，肿瘤就可以扩散了。很明显，这些围绕在肿瘤周围的细胞可以引导肿瘤扩散。它们将某种信息传递给不能扩散的肿瘤，这是我们真正感兴趣的东西，因为很明显，如果它不扩散，就更有可能进行手术，你可以在原发肿瘤扩散之前把它切除。
克里斯:那你有任何线索可以说明这次谈话的性质吗?所以肿瘤正在分泌一些东西这些东西正在对周围的细胞做一些其他的事情完全重新教育和改变它们的行为。你有什么想法吗?
保罗-是的。这是一个完美的问题。我们取周围的细胞，这些成纤维细胞，我们问它们分泌什么让癌细胞扩散。我们发现它们分泌一种叫做perlecan的分子而perlecan之所以引起我们的注意是因为最近有人研究了前列腺癌这与前列腺癌的扩散有关。我们攻击了这个分子，并评估了它是否真的是关键驱动因素之一。有趣的是，癌细胞本身分泌一种分子来告诉周围的细胞产生这种分子，所以几乎改变了它的结构，说“现在保护我免受化疗，允许我扩散”。
Chris -有趣的是，这就像一个开关被打开了，癌症告诉这些细胞开始这样做，它们开始这样做，然后它们反馈给肿瘤，这几乎就像一个正反馈循环。
保罗:这是一个很好的观点。所以我们称之为恶性循环因为一旦癌细胞告诉周围的组织该做什么并产生这种分子，周围的细胞就会对癌细胞说"是的，我正在产生更多的分子"这是一个恶性循环，因此肿瘤变得越来越具有侵略性，越来越具有侵入性，显然也越来越致命。
Chris -那么是否也有可能因为你通过这样做使该区域对癌细胞更有利，更肥沃来自癌症的最初的先锋细胞做出这种改变然后实际上为其他侵入性较小的细胞更容易流动铺平了道路?所以实际上你加速了癌症的发展因为不仅仅是这些顽强的先锋癌细胞可以离开并开始扩散并引起进一步的疾病。
保罗-是的。这是一个很好的观点。这就像多米诺骨牌效应。这正是我们想要解决的问题。对于任何给定的肿瘤，很多时候你会有一个非侵入性细胞在它旁边有一个有这种突变的侵入性细胞它可以导致一小部分肿瘤实际上转移和扩散。所有其他的细胞都会跟随。这几乎就像侵入性细胞创造了一个洞穴，因此所有这些非侵入性细胞也扩散了。就好像癌细胞已经在寻找它的下一个家。它正在为它的下一个家准备下一个环境。它不停地运动，最终这就是它控制身体的原因。
Chris -在此基础上，Paul，你认为使用这种策略可以转化为患者的临床差异吗?或者这只是非常早期的有趣观察结果，我们需要在此基础上进行更多的研究?
保罗:我们相信这可能是一种治疗方法。我们相信这是因为我们允许肿瘤完全生长，完全发育并允许它们几乎有一些早期的转移阶段。然后我们抑制perlecan，我们可以看到显著的差异。所以我们实际上用一种完全成熟的疾病来测试这一点。它确实有效。所以我们认为这可以应用于临床。是的。
蚂蚁和蛇交朋友来对抗敌人
Eleanor Drinkwater，约克大学
大自然总是充满惊喜，本周也不例外。在马达加斯加工作的科学家们发现了一种蚂蚁，它可以区分蛇，并与朋友一起击退敌人。约克大学的埃莉诺·德林克沃特没有参与这项研究，但她带领菲尔·桑索姆研究了这些发现……
埃莉诺:这项研究似乎表明蚂蚁可以区分不同的蛇。据我所知，这可能是第一个表明蚂蚁对不同脊椎动物捕食者反应不同的研究。
菲尔:真的吗?这不是我们以前知道的蚂蚁能做的事吗?
埃莉诺:我们知道蚂蚁可以区分不同的捕食者。美国蚂蚁有一些证据表明，当它们遇到另一种蚂蚁时，如果它们打算偷走或吃掉它们的后代，它们就会撤离巢穴。但将这一理论应用到脊椎动物身上是一件非常新奇和令人兴奋的事情。
菲尔-我们说的是什么脊椎动物?
埃莉诺:这项研究的重点是马达加斯加蛇，在它的活动范围内，有两种不同的蛇，它们之间有着有趣的关系。其中第一种是盲蛇，被称为Mocquard虫蛇，专门吃白蚁和蚂蚁幼虫。另一只是马达加斯加的猫眼蛇，被称为“蚂蚁妈妈”，我觉得它很可爱。
这样做的原因是因为它经常出现在这种特殊蚂蚁的巢穴周围。有趣的是，它不是在捕食蚂蚁，而是吃那些捕食蚂蚁的盲蛇。研究人员开始尝试弄清楚蚂蚁是否能区分这两种不同的物种。
菲尔-你是怎么做到的?
埃莉诺:他们所做的是，首先，在野外发现了一大堆不同的蜂群这本身就不是一件容易的事。然后他们做的是，每个人展示五分钟，首先是掠食性盲蛇，然后是猫眼蛇，然后是对照蛇，那是一只吃青蛙的蛇。
菲尔:你说的呈现，他们真的是把蛇放在鸟巢前面?
埃莉诺-是的，显然他们就是这么做的。我希望他们没有被咬得太狠……
蚂蚁完全无视马达加斯加猫眼蛇，攻击掠食性盲蛇和控制蛇。但真正有趣的事情是，只有盲蛇的答案跑回了里面，然后他们把所有的幼崽都疏散了。
菲尔-哇……
埃莉诺-那真是太令人兴奋了。所以这不仅表明了捕食者对盲蛇的特殊反应，而且表明了它们忽略了猫眼蛇的事实。在这个阶段，我们还不清楚是否存在这种惊人的共生关系，蚂蚁允许蛇和它们一起生活，然后蛇会保护它们。或者可能是蛇用化学线索欺骗它们，以便潜入这些蚂蚁的巢穴。
他们在论文中提出，这些巢穴为它们提供了恒定的湿度和恒定的温度，为这种蛇提供了一个非常好的栖息地。不管它们是忘恩负义的客人，还是它们实际上也在帮助蚂蚁保护它们的巢穴，这都是不清楚的。
菲尔:那他们怎么区分这两条蛇呢?
埃莉诺:他们在这篇论文中没有深入讨论，如果能看到一些关于这方面的适当研究，那将是非常有趣的，但众所周知，蚂蚁主要是通过嗅觉线索来识别其他个体的，所以主要是通过气味。它们甚至可以识别出一个个体来自不同的群体，它可能是同一个物种，但它来自不同的群体。
菲尔:这也令人惊讶吗?我知道蚂蚁很复杂，也有疯狂的群体，但它们的复杂程度令人惊讶吗?
埃莉诺:在舞台上，我对蚂蚁的能力并不感到惊讶。他们有这种不可思议的能力做各种各样的事情;你有蚂蚁教学的示范。你已经展示了蚂蚁的“工具使用”和许多其他惊人的复杂能力。这是其中一篇论文，当你读到类似“天哪，我真希望我做过那件事。”这真是太酷了!”
菲尔-我要在蚁巢前吊蛇。
埃莉诺-我知道!
逆转大脑老化
Robin Franklin和Robin Chalut, Wellcome-MRC剑桥干细胞研究所
随着年龄的增长，我们的肌肉和关节开始僵硬，使我们的行动速度变慢。本周，一项研究表明，我们的大脑也是如此，这影响了大脑干细胞保持神经系统良好工作秩序的能力。好消息是，衰老的这一方面是可以逆转的。为了解释这一过程，来自Wellcome-MRC剑桥干细胞研究所的罗宾·富兰克林和凯文·查鲁特。首先，凯文解释了他们正在研究的干细胞。
罗宾-这些是大脑里的干细胞。事实上，我们的大脑中充满了干细胞，它们到处都是，但它们是一种非常不寻常的干细胞，因为它们并不构成大脑的所有细胞。所以我们的大脑由各种不同类型的细胞组成:有神经细胞，它们有这些长长的神经纤维延伸，但也有其他类型的细胞，叫做少突胶质细胞，它们在神经纤维周围做绝缘。我们大脑中的干细胞很擅长制造少突胶质细胞但它们不擅长制造神经细胞。
因为它们可以制造这些支持细胞围绕在神经细胞周围并帮助它们发挥作用，因此它们对神经系统在60/70/80年的生命中持续发挥作用有贡献吗?
Robin:这些细胞的真正意义是在疾病的背景下。所以如果你失去了神经细胞——如果你的神经细胞有疾病，比如阿尔茨海默氏症——它们就永远消失了，因为干细胞不会取代它们。支持细胞的疾病，少突胶质细胞，比如多发性硬化症，至少在早期阶段有再生的能力，所以你的干细胞可以制造丢失的少突胶质细胞。当然，问题是随着年龄的增长，这些细胞在这方面的作用越来越小，所以在像MS这样持续几十年的疾病中，如何处理成体干细胞的衰老现象是一个很大的问题。
克里斯:凯文，你现在对为什么老年人的大脑比年轻人的大脑更不擅长用这些干细胞来修复自己有什么见解?
Kevin -我认为有很多关于为什么会出现这种情况的观点，但我们在这篇论文中所做的新发现是我们发现大脑随着年龄的增长而变硬。同时，我们发现，如果我们能把这些老的干细胞放入一只年轻的动物体内，我们发现它们可以完全恢复活力。就好像他们总是知道自己能做什么，但他们只是不知道他们应该这样做。所以我们所做的就是把这两个事实放在一起——它不是不可逆转的，而且大脑会随着年龄的增长而变硬——然后我们做了一个假设，也许这与大脑变硬有关。
Chris -我们怎么知道刚度是重要的?
凯文:我们发明了这些合成支架，这样我们就可以把细胞放在坚硬或柔软的合成支架上，除了硬度之外，没有什么不同。
克里斯-对。
凯文:所以我们能做的就是把这些老细胞放在非常柔软的支架上，我们知道唯一改变的是它的刚度。
我们知道细胞是如何进行类似于豌豆公主实验的细胞实验的吗?它们是如何知道自己处于僵硬或柔软的环境中的呢?
凯文:我们有很多想法，我想还有人可以进一步阐述，但我想我们确实知道的一件事是，有一种叫做“机械信号”的东西:细胞是如何获得环境有多僵硬的信号的。负责这个的主要蛋白质之一是一种叫做Piezo1的蛋白质，它是一种位于细胞表面的通道，它基本上告诉细胞，“我是在一个坚硬的环境中还是在一个柔软的环境中?”
克里斯-作为细胞…因为这些细胞从一个地方开始，它们出生在一个地方，它们必须迁移或移动到需要它们的地方;我推测，当它们移动时，它们会遇到这种环境，它们会通过Piezo1信号的信号感知到这种环境……
凯文-是的。
这对细胞有一定的影响，根据信号的多少来决定细胞是多生长还是少生长?
凯文-没错。这是环境硬化的结合，它们遇到各种各样的环境，但它们也有这些信号告诉它们环境有多僵硬。
克里斯-罗宾，为什么我们的大脑中会有这样一个系统，它可以阻止大脑自我修复，就像我们变老时那样?
罗宾:是的，这是个很好的问题，我不确定我们是否知道答案。我认为一旦一个有机体超过了繁殖的年龄发生什么都无所谓了，所以这只是一个磨损的功能，大脑开始变得僵硬，我们的干细胞不能很好地工作。当然，这对患有慢性疾病的人来说是个问题。
克里斯:当然。说到慢性疾病，你能不能利用你们之间的学习让这些细胞表现得更好?如果你知道这个信号的存在，有没有可能把细胞蒙住眼睛，让它们看到它们所处的环境的僵硬，这样它们就会误以为自己回到了一个年轻的大脑中，它们就能更好地修复?
罗宾:那正是我们要做的。我的意思是，我认为这项研究在治疗方面有两个非常有趣的暗示。一个是，如果你把一个健康的，充满活力的细胞移植到一个旧的环境中，它是行不通的，因为旧的环境会把它变成一个旧的细胞。其次，我们发现如果你把一个老细胞从它僵硬的环境中分离出来它现在就像一个年轻的细胞一样工作了，所以实际上翻译的含义是，激活这些老细胞-你根本没有鼓掌，它们只是在错误的环境中-并使它们重新焕发活力，那么治疗的机会真的非常令人兴奋。
记住卡利·穆利斯和聚合酶链反应
凯里·穆利斯，PCR的发明者
它被用来破案，诊断疾病，解码人类基因组，追踪我们的祖先，甚至找出我们的父母是谁。这种技术被称为PCR——聚合酶链反应，它可以复制DNA，发明者凯利·穆利斯因此获得了诺贝尔奖。他于本月早些时候去世，克里斯·史密斯回顾了他们多年前的采访。
PCR，聚合酶链反应，彻底改变了遗传学领域。在几个小时内，科学家们就可以为他们想要研究的一段DNA复制数百万份。这项技术是化学家卡里·穆利斯在1983年发明的。
我在一家公司工作，制造这些小片段的DNA，我们称之为寡核苷酸。它们很难制作。有一天，我的一个好朋友罗恩·库克带着一台机器来到我的实验室，他说:“试试这个，凯丽，它会取代你的整个实验室!”
事实上，我不需要七个人来帮我，我觉得我和机器再加一个人就可以了，这样我就不用太辛苦了。所以我被这个问题困住了:“我要解雇这里的五个好朋友吗?”或者我能想到什么办法大幅度增加寡核苷酸的市场?”
克里斯——卡里·穆利斯被广泛认为是一个丰富多彩的角色，他把自己的科学天赋归功于童年时代，他在北卡罗来纳州的家庭农场建造火箭，从高空发射青蛙宇航员。在成为一名化学家的道路上，他还涉足小说写作，成为一名面包师，他自己承认，在20世纪60年代和70年代，他服用了大量的LSD，在一次采访中说，“这当然比我上过的任何课程都重要得多”。事实上，他说一次迷幻药之旅帮助他构想出了聚合酶链反应过程，并因此获得了1993年的诺贝尔奖。
一个星期五晚上，我开车去门多西诺我的小屋。我脑海中浮现出这幅图熟悉的人可能会说"嘿，这是聚合酶链反应"其中一个小的寡核苷酸实际上是业务端另一个是控制端。我所要做的就是说"你知道吗?如果你这样做，然后再做，再做，再做，你就会开始放大这两个寡核苷酸之间的DNA片段，这个过程不会结束。如果你想的话，你可以一直做下去。
Chris:他设想的是用两个短的DNA片段来包围他想要复制的区域，然后用DNA聚合酶在它们之间来回穿梭，以达到指数级的复制。但这个想法很容易在付诸实施之前就被扼杀了。
凯里:下一个关键阶段是把我和我的车以及我的新想法赶出高速公路，因为我正好停在门多西诺县一条弯曲的双车道公路中间。那条路上有伐木车，我可能会被撞出公路，我的想法和我可能会遭受一柄丑陋的斧头。最后我说:“看在上帝的份上，让开。”到这个肩膀上去。”我爬到肩膀上，开始做一些笔记，就我而言，当我回到我的小屋时，一切都完成了。那是我的工作。
这一发现改变了世界，现在世界上成千上万的实验室和工业每天都在使用这项技术。事实上，在90年代初，卡里·穆利斯自己也加入了这一潮流，并用自己的技术创办了一家珠宝公司，出售据称含有已故著名名人埃尔维斯和玛丽莲·梦露DNA序列复制的小饰品。但他也为别人对他的贡献所做的贡献感到高兴。
最近没有什么比这更让我开心的了——有一首歌就是这么唱的。就像在YouTube上，如果你搜索聚合酶链反应的歌曲，你会发现这首歌制作得很好，很有趣，是关于我的反应。
克里斯-他唯一的遗憾，他说，是没有更好地利用他的发现最初。
凯里-我觉得有一件事会很好，如果我说“它在这里，但我想从它的利润中保留1%”。我想我当时很年轻很傻。但我确实因此获得了诺贝尔奖这对你来说是一件很有趣的事情。
一颗巨大的行星撞上了年轻的木星
Ravit Helled，苏黎世大学
本周，研究太阳系标志性气体巨星木星的科学家们认为，他们发现了证据，证明在历史上，有十倍于地球大小的东西撞击了这颗行星，改变了它的核心形状。正如伊兹·克拉克所发现的那样。
Izzie—木星是太阳系中最大的行星，它的大气主要由氢气和氦气组成，这就是为什么它被称为气态巨星。但这颗行星的形成和结构一直是个谜……
拉维特:我们认为木星可能有一个核心，核心非常紧凑;只有行星半径的百分之几十。它的成分是重元素，也就是金属、岩石和冰
Izzie -这是来自瑞士苏黎世大学的Ravit Helled，他一直在使用计算机模型来探索这个气体巨星是如何形成的，以及这个核心是否真的存在。八年前，也就是2011年8月，美国宇航局发射了朱诺号探测器，这是一个三叉状、几乎像爪子一样的探测器，用来进行一些探索……
拉维特-这次任务的目的是真正了解木星作为一颗行星，从不同的方面看。重力场、磁场、大气变化……通过这些，我们可以更好地了解太阳系的起源，也可以更好地了解巨型行星。
伊兹-朱诺号三年前到达木星，任务只进行了一半。但拉维特对木星的引力很感兴趣……
拉维特——朱诺号的重力测量基本上是用来建立新的行星结构模型的。我们可以从内部了解地球的样子;它是由什么构成的，以及这些物质是如何在地球上分布的。与朱诺号数据相符的木星新结构模型基本上告诉我们，木星的核心可能是模糊的或稀释的，而且相当大。这和我们之前在朱诺号任务之前想到的标准紧凑型核心非常不同。
伊兹-我明白了。它实际上不像一个小的紧凑的东西在中间，然后其他东西完全包围它。它被稀释了。这怎么可能呢?
拉维:没错。这意味着地核可以延伸到行星半径的百分之几十。这也意味着地核在行星内部并不是很明显。它也可以由更轻的物质组成，所以它不仅仅是纯粹的重元素，还可以混合一些氢和氦。
也可能是，你知道它是逐渐分布的，所以你没有一个明显的核心-包膜边界。你不只是在它上面有氢和氦的包层而且在行星的内部和外部之间有一个更渐进的过渡。
伊兹-你认为是什么原因造成的?是什么导致的呢?
拉维特:是的，我们没有预料到。所以我们认为这是一个巨大的行星胚胎在木星形成后撞击的巨大影响。
拉维:那会是什么呢?
拉维特:如果你有一个巨大的撞击，这意味着你有一个巨大的物体撞击木星。在我们的模拟中，我们假设这个天体的质量是地球的10倍，所以它是一个非常大的物体。如果它以正确的速度和几何形状撞击木星，它就会迎头而上，它就会一直穿透到木星的中心。基本上，它可以摧毁地核，把物质带到地球的外层，然后形成这个稀释的地核。
在撞击之后，我们模拟了这颗行星的进化，我们问:“我们能得到今天看起来像木星的东西吗?”答案是肯定的。
伊兹-但我们以前见过。撞击对了解太阳系中的其他行星很重要;在水星上，金属与岩石的比例很高，许多行星很可能是由于撞击而倾斜的，而我们的月球可能是撞击的结果。随着科技和太空探索的进步，对木星的深入了解可以帮助人们发现太阳系外的行星....
拉维特:我认为我们现在正处于进行这类研究的大好时机，因为我们可以真正详细地探索太阳系的行星，同时拥有其他恒星周围行星的大量统计数据。我们的想法是将这两个方面联系起来，更好地了解巨行星和一般行星。
为什么土卫六有大气层?
Izzie克拉克
是时候看看裸体科学家的邮箱了，伊兹·克金宝搏app最新下载拉克收到了格洛斯特的阿利斯泰尔的问题，
“我对NASA飞往土星卫星土卫六的蜻蜓四轴飞行器任务很感兴趣。一个引力如此之低的月球怎么会有比地球更厚的大气层呢?这和形成金星厚厚的大气层的机制是一样的吗?”
伊兹-阿利斯泰尔，这是个好问题。土卫六是土星最大的卫星，它的大小和质量与我们的月球相似。不同的是，土卫六更冷，更冷的分子运动更慢，这使得它们更容易被抓住。土卫六的温度是零下100摄氏度。然而，当我们的月球被太阳照亮时，它的温度大约是正100摄氏度。所以土卫六能够保持住大气层，而卫星却不能。
现在看看金星，金星是一个更大的天体，引力也更强。所以尽管它非常热，而且它有这些高能分子，但正是这种引力意味着它可以保持厚厚的大气层。我希望这能回答你的问题。
设计种植体
尼克·威廉姆斯，牙医。佐伊·劳克林，伦敦大学学院
你做过髋关节置换术或植牙手术吗?或者认识这样的人?你知道它们是用什么做的吗，或者是怎么做的?本周，我们将探索保持健康的有益材料。首先，张开嘴!艾玛·希尔迪亚德去看了牙医尼克·威廉姆斯。此外，伦敦大学学院制造研究所的材料工程师佐伊·劳克林(Zoe Laughlin)说。
艾玛-大多数牙医建议我们每天刷牙两次，每次两分钟。但成年人平均只花70秒左右的时间来刷牙。不良的口腔卫生会导致蛀牙和牙龈疾病，如果不及时治疗，可能会导致牙齿脱落。我想知道牙医现在用什么来替换掉的牙齿。还有什么比去剑桥当地的牙医诊所找答案更好的方法呢?
尼克-嗨，艾玛，欢迎来到德文郡之家，我是尼克·威廉姆斯。你愿意进来坐一下吗?
艾玛:尼克把椅子摇起来，这样我就不会躺着了，我让他解释一下什么是植牙。
尼克:植牙是我们替代天然牙齿的最好方法。从历史上看，人们可能会缺一颗牙齿，你必须在两边准备牙齿，为桥梁让路，这是非常具有破坏性的。植牙的好处是它是独立的，所以你不必破坏任何一侧的自然牙齿结构。
埃玛-尼克给我看了一个植牙的例子，看起来就像一颗普通的白牙，它的底部连着一个金属螺丝。最初，金属螺钉被放置在口腔内，然后在晚些时候安装冠。我很不情愿地问他金属螺丝是怎么固定在嘴里的。
尼克:在缺牙的地方，你钻一个小洞来接受种植体，你把种植体放进去，就像你把一块木头拧进去一样。一个标准的植入物直径大约是4毫米，所以你准备一个3.5毫米的地方，所以植入物比你准备的地方稍微大一点。你把它放进去，用一个缓慢的扭矩，会有非常轻微的骨压缩，但你不想要太多，这样它就足够稳定，可以在最初的愈合阶段被抓住。
然后，艾玛-尼克解释了你的身体对植入物的反应，以及我们如何利用身体的反应来确保植入物足够安全，不会晃动。
尼克:例如，当你骨折时，你会在那个地方形成一个血凝块，随着时间的推移，这个血凝块会变成新的骨头。在准备植入的部位也有类似的过程。血液在植入物上生长，然后慢慢变成骨头，通常我们要等六周到三个月。然后，骨头足够坚硬，可以在植入物固定装置上留下印记，并获得专门用于顶部的冠。
Emma -金属螺丝是由钛合金制成的，是专门为人体设计的。我问伦敦大学学院的材料工程师佐伊·劳克林(Zoey Laughlin)，为什么钛是一种用于医疗植入物的好金属。
Zoe -在体内使用很好，因为它基本上被描述为生物相容性，身体不会排斥它。想象一下，如果你受伤了，体内有碎片或金属碎片，你的身体会慢慢消化，慢慢地排斥这些异物。但钛不会这样，所以植入体内是安全的，身体不会试图以某种方式排出它。它也非常坚固和轻便。如果你在做一个髋关节，你不会突然把它植入你右手的重量增加一倍。
Emma -钛也非常耐腐蚀，这意味着它不会像铁一样生锈。由于其独特的性能，钛合金被用于各种医疗植入物，从牙齿到髋关节和膝关节植入物。这些植入物通常是复杂的形状，比如螺丝钉。这些都需要一种特殊的加工过程，称为CNC铣削。这些机器使用旋转切割机从大块材料中去除材料。
Zoe:他们会有一个电脑生成的CAD文件，是他们想要定制的特定形状，然后你会把钛磨成那个形状。这通常会导致相当多的浪费，因为，你可以想象，你把它磨成一个固体块。然后很多材料就丢失了。当你磨碎它们时，它偶尔会使东西变弱，因为你在材料中产生了许多微小的应力和应变，这些应力和应变后来会断裂。现在有人正在研究用钛进行3D打印。这是一种从盒子里的钛粉开始的技术。我稍微简化了一下，但是想象一下，你有一大桶粉末金属，你向它发射一束激光，金属会在激光束聚焦的地方熔化。你发射，发射，发射，然后你用激光照射一层粉末，它就融合在一起了。然后你在表面上再沉积一层粉末，就像筛面粉一样，然后再用激光把它炸开，这样做几千次，你就开始建立这些融合的3D打印钛物体。
艾玛-一旦螺钉做好并植入，牙冠怎么办?附着在螺钉顶部的钻头，看起来像一颗牙齿。那是用什么做的，又是怎么做的?
佐伊:那可以是一个完全陶瓷的物体，最初是一个小立方体。他们对你的口腔和他们想要复制的牙齿进行扫描，然后他们可以制作一个他们想要的牙齿形状的虚拟模型然后他们把它送到一个小小的中枢神经系统工厂，这个工厂可以雕刻出完美的小牙齿，可以用各种白色和米色的色调来制作，和你的牙齿颜色完全匹配。所以这是一个非常不显眼的植牙。
艾玛-好了，你知道了。能深入了解帮助我们咀嚼的物质是件好事。但这并不是你不刷牙的借口。
导管耐细菌涂层
安德鲁·胡克，诺丁汉大学
我们每个人每天都会产生几升尿液，对于一个健康的人来说，排出尿液通常不是问题。但是有些人不能通过这种方式排水，需要帮助，无论是短期的还是长期的。这时就需要导尿管了。这是一根柔软的橡胶管，沿着尿道插入，直接从膀胱中取出尿液。但导尿管的一个大问题是，在这样做的过程中，它们可能会引入感染。但现在诺丁汉大学的研究人员已经为这些设备开发了一种抗细菌涂层，以降低风险。安德鲁·胡克(Andrew Hook)是该剧的开发者之一，他和克里斯·史密斯(Chris Smith)一起出演了这部剧。
克里斯-你想解决的问题有多大?有多少人屈服于这类问题?
安德鲁:是的。所以这是个大问题。一般来说，大约有3%到5%的人需要使用导尿管在英国，每年有成千上万的人使用导尿管，你可以在那里计算一下。这是一个影响很多人的问题，也是NHS的一项巨大成本。据估计，每年的治疗费用高达25亿英镑。
克里斯-为什么这是个问题?为什么会发生这种情况?为什么要把一个无菌的导管，从无菌包装中取出，放入体内，为什么会导致更高的感染风险?
Andrew:当你把一个装置放入体内，细菌就会这样做，通常这些细菌是我们所说的浮游生物，或者单个细菌，身体很擅长处理这些细菌。当你有一个设备时，这是一个细菌可以附着的表面，然后它们就可以形成我们所说的生物膜。你可能之前见过生物膜，实际上我们只是在谈论牙齿卫生。实际上牙菌斑是一种生物膜，当细菌形成生物膜时，用抗生素或宿主的免疫系统治疗它们的难度要高出一千倍。细菌附着在医疗设备上的能力导致了这种生物膜的形成。这就是导致这些设备持续感染的原因。
克里斯:所以在理想的情况下，我们希望有某种导管，或者制造导管和其他塑料制品的材料，我们把它们放入体内，首先不允许细菌附着在上面，或者组装这些保护性的生物膜，使它们与身体自身的免疫系统或我们试图摆脱它们的抗生素隔离开来。
安德鲁-是的。所以这正是我们试图采取的策略，我们想要阻止细菌形成这些生物膜。这样一来，如果细菌能够入侵人体，免疫系统就能够对付这些细菌。
克里斯:你认为你已经找到符合要求的东西了吗?
安德鲁-是的。所以我们已经能够开发一种聚合物涂层，或者塑料涂层，我们可以把它涂在医疗设备上，我们已经能够对它进行测试。在实验室中，我们能够将生物膜的形成减少99%。所以我们能看到这些结果真的很令人兴奋，我们对这项技术真的很兴奋。
Chris -这对临床相关的bug有效，是吗?那些导致尿液感染的细菌，如果你的表面被新材料覆盖，那些微生物就无法立足。
安德鲁-是的。所以我们把注意力集中在尿导管上，我们测试了这种特殊的聚合物，我们测试了与这些感染有关的细菌种类，比如大肠杆菌，还有一种叫做变形杆菌的细菌。我们已经用这些细菌进行了测试，这些细菌正是我们能够显示出生物膜形成减少的细菌。
克里斯:新材料是什么?它是如何做到这一点的?
这是一种合成聚合物，是一种塑料涂层，我们可以把它涂在医疗设备上。我们使用的这种特殊的聚合物有一种特殊的性质，我们称之为两亲性。所以物质通常要么能溶于水。我们称其为亲水性，或者它们更喜欢溶解在像油这样的东西中，你称之为疏水性。我们的聚合物实际上是两亲性的。所以它是水溶性和油溶性的。这种特殊的特性能够破坏细菌形成生物膜的能力。
克里斯-它真的擅长这样做吗?所以如果你如果你用这个做一个表面，你说它抑制了数量，但只需要一两个微生物就能引发感染。如果你真的在临床上这么做，你有数据表明这能保护病人吗?
安德鲁-是的。所以我们在今年三月开始了临床试验。所以我们还处于临床试验的早期阶段。我们已经在大约100人身上进行了测试。结果看起来很不错。看起来我们正在减少与特定设备相关的细菌数量，我们真正感兴趣的是降低感染率。如果你有导管，使用这个设备会有3%到5%的感染率。我们真的希望能够降低这些感染率。但从我们目前所做的临床试验来看，它确实很有希望。
Chris -你能不能简单地解释一下你认为，在身体底部之外，进入身体任何部位的塑料制品和设备?因为我们放进去的任何东西;髋关节置换术，心脏瓣膜，诸如此类，都容易受到循环微生物的感染，不是吗?你能阻止吗?
导尿管是所有医疗设备中感染率最高的。它们显然是我们开始的地方，但一旦你能够证明它的功效，它与这个特定的设备一起工作，那么我们绝对希望能够探索其他特定的设备。我们的目标是防止生物膜的形成。所以有那些设备，比如气管内管在那里你得到呼吸机相关的肺炎，那种设备也绝对适合这种材料。是的，事实上，所有的医疗设备。
改善髋关节置换术
索菲·威廉姆斯，利兹大学
如果我们按照建议每天走1万步——相当于每年走365万步，一生走2.5亿步……这并不奇怪，随着年龄的增长，我们关节内提供光滑减震表面的软骨开始磨损，并可能变得疼痛。最终，唯一的选择可能是髋关节置换术。就改善生活质量而言，这可能是有史以来最成功的手术之一;尽管如此，来自利兹大学的索菲·威廉姆斯(Sophie Williams)仍在努力让事情变得更好，她向凯蒂·海勒(Katie Haylor)解释道。
Sophie -髋关节是球窝关节。骨盆里有个窝，我们称之为髋臼。在你的大腿骨的顶部有一个像球一样的东西，它位于你的髋臼的中空处。它们都被软骨覆盖，非常光滑，润滑得很好。所以当你沿着它走的时候，所有的东西都在滑动，摩擦力很小。
凯蒂-考虑到这种设计，为什么有人需要髋关节植入?
在英国是因为骨关节炎。这就是软骨被磨损的时候，没有了柔软的软骨层使它没有摩擦。你的骨头会互相碰撞，这就会引起疼痛。
凯蒂-所以我们知道髋关节是什么样子。植入物是什么样子的?
很像那个球窝。所以头部就是一个圆球，一个球。想想一个非常光滑的高尔夫球。它们往往比自然的臀部小:所以自然的臀部直径可能在5厘米左右;髋关节置换术往往更小，所以比较常见的是28毫米。插座很可能是一个白色的塑料然后也安装在一个金属轴上，所以你有一个塑料衬垫，然后一个金属外壳，然后所有这些都适合髋关节的插座。
凯蒂-为什么是金属和塑料?
这是20世纪60年代偶然发现的一种组合，我们并没有太大的偏离。这些材料非常耐磨;我们已经能够选择金属对塑料，不会对身体产生巨大的反应;我们一直在寻找更自然的替代品，但实际上并没有找到任何耐磨的东西来满足工作的要求。
凯蒂:你说的磨损是指，如果你把任意两个表面摩擦一段时间，它们就会磨损，对吗?你可能会有碎片脱落，导致……我想它们在体内会造成麻烦吗?
他们可以的。这是其中一件事，我们一直在寻找磨损更少的材料。所以在身体里，当你行走的时候，你会让金属头和塑料摩擦你会得到非常非常小的塑料磨损颗粒。
凯蒂-如果它们进入你的血液会发生什么?它们会进入你的血液吗?
粒子确实倾向于停留在局部。虽然我说它们真的很小，但它们还没有小到可以在体内流动。但是细胞会过来，它们的大小和细菌差不多，所以细胞会过来，把它们看作外来的东西，试图吃掉它们，然后引起反应。这些细胞想要摆脱这些颗粒因为它们认为它们不应该在那里。所以它们会发出一些化学信使，这些化学信使会改变那个区域骨细胞的行为。所以你开始磨损骨头，所以实际上髋关节替代物会变松。这是一个长期的过程，通常发生在关节植入人体15年后。我们的塑料已经改变了;虽然我们仍然像20世纪60年代那样使用金属和塑料，但我们已经改变了我们的塑料，所以我们的磨损更少，所以你更不可能有磨损的问题。
凯蒂:那么在髋关节植入方面，我们还需要做些什么呢?因为这听起来可能是一个相当复杂的问题。那么，怎样才能减少磨损呢?
我们已经做了很多了。用的是聚乙烯，你的塑料袋也是由聚乙烯制成的，但它的分子量很高。这意味着它是非常非常大，非常长的聚合物链在这种材料中，然后非常紧密地挤在一起。我们用伽马射线照射这些植入物，在材料中产生交联，在这些链之间产生化学连接，这实际上大大减少了材料的磨损。所以你的髋部在它上面前后摆动。你需要投入更多的能量，如果你愿意的话，进入这个系统，让这些链分解，释放粒子。
问题是，它也使材料的延展性降低，因此弹性降低。现在它没有很大的弹性，但它变得更脆了。假设在炎热的天气里有一块巧克力，它有一点弹性，你可以稍微弯曲一下。这在髋关节置换术中是一件好事:在塑料窝中只有一点点弯曲。如果你把它放在冰箱里，它就会变得很脆。所以如果你在聚合物中加入大量的伽马射线它就会变得更脆。因此，作为材料科学家，我们确实需要考虑这种抵消是什么;你想减少磨损但又不想让材料变得太脆。所以这两者之间有一个妥协。我们已经做了大量的研究，我们已经找到了我们需要的区域，这样材料就不会太脆，但它们的磨损也会很低。
凯蒂-伽马射线…这并不意味着髋关节植入物会有放射性，对吗?
苏菲-没有，没有。完全没有放射性。事实上，伽马射线是在手术前用于对各种医疗植入物和器械进行消毒的。
凯蒂:那你的工作之一就是帮助外科医生减少出现问题的可能性吗?
苏菲-是的。我们和外科医生合作，也和植入物制造商合作。我们的实验室里有模拟器，所以它们就像假病人一样，有人走了几百万步，我们看到这些材料是如何磨损的。然后我们也会稍微改变一些东西，比如头在插孔里的位置，看看这是否会改变我们的磨损程度。所以我们可以真正了解这些材料是如何工作的，然后再把它们放在病人身上。
凯蒂-这些金属塑料髋关节植入物有多好?它们和真货一样好吗?
不，它将永远是你身体的替代部分。但绝大多数患者确实会谈论他们被遗忘的关节他们并不知道它的存在。他们当然可以继续拥有他们想要的那种生活方式。
皮肤替代品修复烧伤
剑桥大学的Malavika Nair和Tricia Smith
皮肤是我们最重要也是最大的器官之一。它能阻挡不受欢迎的入侵者，调节我们的体温，防止我们脱水或在雨中肿胀!但是，它经常处于火线上，有时真的是这样，这意味着它可能会被严重烧伤。这可能需要从身体的另一个部位移植健康的皮肤来修复损伤。但是，当烧伤面积很大时，获得足够的皮肤进行移植是很困难的。现在，剑桥大学的研究人员已经开发出一种由胶原蛋白制造修复材料的技术，胶原蛋白是赋予皮肤力量的结缔组织物质。特里西娅·史密斯和马拉维卡·奈尔带了一些到演播室给伊兹·克拉克看。
Malavika -我给你的是胶原蛋白支架，它基本上是99%的空气和1%的胶原蛋白。它是一种脚手架材料，基本上就是我们在建筑中所看到的;所以它们只是我们搭建的临时结构，这样做建筑工作的人就可以穿过，打下建筑的基础，然后修复它。同样，在体内，我们想要的是细胞能够识别这些支架区域，通过它们编织，形成新的组织，并使这些组织再生。
伊兹-那你是怎么做这些东西的?
Malavika -为了制作胶原蛋白支架我们要经历一个叫做冷冻干燥的过程。所以我们在这里冷冻干燥的本质上是胶原蛋白和醋酸的悬浮液，所以这只是醋和胶原蛋白混合在一起。当我们把它放进冰箱时，我们让冰晶生长。冰是很特别的，因为它不喜欢在它的晶体结构中有很多异物。所以胶原蛋白是一种异物;随着冰晶的生长，胶原蛋白会被排除在冰的一边，但它允许胶原蛋白包裹在冰周围，并被这些冰晶模板化。
伊兹-我明白了。那么如何去除冰呢?
马拉维卡:为了除去冰，我们要经历升华的过程。升华是一个从固体到蒸汽的过程完全跳过了液相。如果我们把温度降回室温，我们就会把它融化，它就会摆脱我们创造的，我们想要保持的美丽结构。我们降低这个冷冻干燥器的压力让这些冰晶变成水蒸气，然后我们就只剩下空白的空间和胶原蛋白包裹在这个空白的空间里。当我们把细胞放在支架上或者把支架放入体内时，这些空的空间基本上是细胞移动的通道。
伊兹-你给我的这个很软。因为我们的身体里有很多不同的组织，你能改变它们的性质吗?
马拉维卡:当然。胶原蛋白在我们的身体中无处不在我们发现它存在于各种不同的机械和生物组织中。我们发现胶原蛋白存在于皮肤，心脏，角膜，甚至骨头中;所以我们可以看出我们并不想要骨骼和皮肤中的胶原蛋白，反之亦然。所以同样的，我们所做的是我们可以通过不同的过程来调整胶原蛋白支架的化学和力学，其中一个是交联。所以交联可以改善它的机械性能，使它变硬。因此，这将阻止我们将更适合皮肤的东西植入骨骼。
Izzie - Tricia，胶原蛋白支架是如何帮助皮肤或烧伤的皮肤愈合的?
崔茜卡:所以它的作用不是让烧伤区域愈合，而是打断愈合过程;因为当正常的皮肤愈合时，当你有一个大的区域受损时，皮肤会收缩，这样你就有了一个尽可能小的区域，然后疤痕就会形成。这个疤痕没有相同的机械特性，它没有与健康皮肤相同的结构，因此它不能发挥相同的功能。如果你有一个很大的区域被损坏实际上可能发生的是你失去了这个区域的流动性，你失去了温度控制，你失去了你在开始列出的所有这些东西。所以支架的作用就是阻止伤口的收缩从而促进再生而不是疤痕的形成。
伊兹:如果我有特别严重的烧伤，这个会被引入到受损区域，然后会发生什么?它只会留在体内吗?
特里西娅:细胞会被吸收到支架中，并开始形成自己的健康组织和胶原蛋白，同时分解支架，所以在三周或四周的时间内，支架就会消失。你剩下的就是功能正常的再生组织，而不是原来的支架。
伊兹-那么它的效果如何呢?我们看到了什么结果?
Malavika -一个成功的胶原蛋白植入的例子是软骨修复。软骨修复，这可以适用于半月板，所以这是在膝盖上，甚至是任何润滑关节和骨头之间有连接的地方。其中一个例子是，他们试图在骨头之间建立一个桥梁，骨头充满了矿物质，更硬，而软骨则更柔软，在某些方面更有流动性因为我们想要润滑关节。这已经进入了商业应用。
伊兹-所以重要的是我们讨论的不仅仅是这些烧伤。这可以修复身体的很多部位。如果其中一个器官受损或将来需要帮助，它能对内脏起作用吗?
马拉维卡:当然。任何以胶原蛋白为基础的东西，几乎是身体的每个器官，都可以由胶原蛋白支架提供服务，只要我们在其中加入正确的化学物质。如果我们可以调整所有这些特性，包括机械退化，那么我们就可以为身体的任何器官量身定做。
Izzie: Tricia，你目前在做什么来改善这些支架如何帮助自然愈合过程?
特里西娅:所以我们已经知道支架本身——当它具有合适的降解特性，合适的机械特性，合适的毛孔大小——可以停止收缩，促进皮肤再生。但这些皮肤移植物失败的原因之一是它们在中心没有得到正确的营养，这是因为血管不能从伤口边缘生长到移植物中心，不能为细胞在那里增殖提供所需的氧气。所以我们现在要做的是保留一些促进再生的结构，所以要有合适的孔大小，但也要在支架上增加一些区域，这样我们就可以促进血管从伤口边缘向中心的生长。
为什么野生动物在切尔诺贝利茁壮成长?
我们从比尔那里收到这个问题。菲尔·桑索姆请今年早些时候从切尔诺贝利发回报道的BBC新闻记者维多利亚·吉尔透露一些情况。
我们把你的问题放在论坛上了。用户RD向我们指出了2007年的一篇论文，该论文显示了切尔诺贝利附近谷仓燕子的异常频率更高。Alancalverd说，生存和繁荣之间有很大的差距。其他人则对新的切尔诺贝利伏特加更感兴趣。大家注意了。
为了回答这个问题，我们需要有第一手经验的人。维多利亚·吉尔(Victoria Gill)是今年年初从切尔诺贝利发回报道的BBC新闻记者。
维多利亚-切尔诺贝利禁区。这是1986年灾难后被遗弃的4000平方公里区域的名称。你对野生动物的看法完全正确。由于大多数人都搬出去了，研究人员就搬进来了，至少在短期内是这样。他们记录了各种物种的数量增加:野猪，熊，甚至是该地区的狼。显然，历史上曾经生活在那里的一些物种，在人类居住的时候消失了，现在又回来了。
大卫·阿滕伯勒爵士(Sir David Attenborough)最近在Netflix拍摄的电视剧《我们的星球》(Our Planet)也在那里。所以，是的，根据大多数研究，野生动物似乎在整个地区蓬勃发展。这有多种原因，但最主要的原因是现在该地区的人类活动很少。至关重要的是，污染并不像许多人认为的那样广泛，也不像“地毯式地面中毒”。简而言之，该地区绝大多数地区的污染程度相对较低。
所以你可以用剂量来测量。每小时的辐射剂量通常以每小时微西弗的单位来测量。在切尔诺贝利禁区内的人的平均剂量——除非他们由于某种原因在污染严重的地区呆了很长时间——他们的年剂量大约是1000微西弗。从伦敦到洛杉矶的航班大约会有60微西弗。通过全身CT扫描，你会立即受到大约1万微西弗的辐射。
所以现在大部分区域，对野生动物和人类来说，都是相对安全的。还有一些被称为自我定居者的人，他们在1986年拒绝放弃他们的家园，现在仍然住在那里。在这片被官方污染的土地上，不允许农业或任何开发建筑，那里的当地人实际上正在努力解除这些限制。
所以人们对这个区域的危险程度有很大的误解。但科学家们仍在努力弄清真相，这样乌克兰和白俄罗斯的人们就可以用事实武装起来，继续他们的生活。
谢谢你，维多利亚。下次我们将回答安东尼的问题。安东尼-潘尼有什么想法吗?
安东尼-当意大利面或米饭被放入沸水中时，沸水会突然激增，以至于锅里充满了气泡。为什么会这样?
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