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Thiamine-modified metabolic reprogramming of human pluripotent stem cell-derived cardiomyocyte under space microgravity

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Signal Transduction and Targeted Therapy 2024年第5期9卷 2132-2142页

作者： Xinglong Han Lina Qu Miao Yu Lingqun Ye liujia shi Guangfu Ye Jingsi Yang Yaning Wang Hao Fan Yong Wang Yingjun Tan Chunyan Wang Qi Li Wei Lei Jianghai Chen Zhaoxia Liu Zhenya Shen Yinghui Li shijun Hu Department of Cardiovascular Surgery of the First Affiliated Hospital&Institute for Cardiovascular Science State Key Laboratory of Radiation Medicine and ProtectionSuzhou Medical CollegeSoochow UniversitySuzhouChina State Key Laboratory of Space Medicine China Astronaut Research and Training CenterBeijingChina Department of Hand Surgery Union HospitalTongji Medical CollegeHuazhong University of Science and TechnologyWuhanChina

During spaceflight,the cardiovascular system undergoes remarkable adaptation to microgravity and faces the risk of cardiac ***,the effects and mechanisms of microgravity on cardiac morphology,physiology,metabolism,and cellular biology need to be further *** China started constructing the China Space Station(CSS)in 2021,we have taken advantage of the Shenzhou-13 capsule to send human pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes(hPSC-CMs)to the Tianhe core module of the *** this study,hPSC-CMs subjected to space microgravity showed decreased beating rate and abnormal intracellular calcium *** and transcriptomic analyses revealed a battery of metabolic remodeling of hPSC-CMs in spaceflight,especially thiamine *** microgravity condition blocked the thiamine intake in *** decline of thiamine utilization under microgravity or by its antagonistic analog amprolium affected the process of the tricarboxylic acid *** decreased ATP production,which led to cytoskeletal remodeling and calcium homeostasis imbalance in *** importantly,in vitro and in vivo studies suggest that thiamine supplementation could reverse the adaptive changes induced by simulated *** study represents the first astrobiological study on the China Space Station and lays a solid foundation for further aerospace biomedical *** data indicate that intervention of thiamine-modified metabolic reprogramming in human cardiomyocytes during spaceflight might be a feasible countermeasure against microgravity.

关键词： programming battery modified

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面向空间细胞培养用多路切换陶瓷阀仿真优化研究

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载人航天 2024年第4期30卷 526-535页

作者：郭淼谭映军陈博博施镠佳李芳王春艳李越聂捷琳刘仲馨李莹辉北京信息科技大学自动化学院北京100192 中国航天员科研训练中心航天医学全国重点实验室北京100094 北京来普惠康医学技术有限公司北京101300

为了满足空间站环境细胞长期自动培养的需求,研制一款新型细胞自动培养装置,装置由微量泵、多路切换阀等组成。通过设计一款多路切换陶瓷阀,实现仅由一组泵阀自由切换多条液路。通过有限元仿真分析培养液、消化液和裂解液3种液体在多路... 详细信息

为了满足空间站环境细胞长期自动培养的需求,研制一款新型细胞自动培养装置,装置由微量泵、多路切换阀等组成。通过设计一款多路切换陶瓷阀,实现仅由一组泵阀自由切换多条液路。通过有限元仿真分析培养液、消化液和裂解液3种液体在多路切换阀内的压力、温度、流速等物理参数分布情况,确定最佳阀位布局,并优化阀体结构,以改善不同液体流入阀腔后分布均匀性。优化后多路切换阀内细胞培养液和消化液的压力和温度分布波动率均小于1%,流速稳定。裂解液温度分布变化在优化前为2℃,优化后小于0.01℃。液体流动更加顺畅,滞留现象减少。仿真结果表明:优化后的陶瓷阀有助于提升空间细胞培养的稳定性和经济性。

关键词：空间细胞培养多路切换阀计算流体力学有限元分析陶瓷阀

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Expression of Drosophila melanogaster acetylcholinesterase(DmAChE) gene splice variants in Pichia pastoris and evaluation of its sensitivity to organophosphorus pesticides

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Journal of Zhejiang University-Science B(Biomedicine & Biotechnology) 2021年第3期22卷 204-213页

作者： liujia shi Fangfang YANG Yanyan XU Shoufeng WANG Institute of Pharmaceutical Biotechnology School of MedicineZhejiang UniversityHangzhou 310058China Zhejiang Provincial Key Laboratory for Microbial Biochemistry and Metabolic Engineering Hangzhou 310058China

Acetylcholinesterase(AChE) is a key enzyme used to detect organophosphorus pesticide residues by the enzyme inhibition *** accidental discovery of a mutant strain with AChE activity was made in our laboratory during the process of AChE expression by Pichia *** pPIC9 K-Drosophila melanogaster acetylcholinesterase(DmAChE)-like expression vector was constructed by codon optimization of this mutant strain,which was transformed into *** GS115,and positive clones were selected on yeast peptone dextrose(YPD) plate with G418 at 4.0 mg/*** GS115-pPIC9 K-DmAChE-like strain was subjected to 0.5% methanol induction expression for 120 h,with a protein band at 4.3 kDa found by the tricine-sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis(SDS-PAGE) pattern of the fermentation *** preliminary purification by ammonium sulfate precipitation,the enzyme activity was detected to be 76.9 U/(mL·min).In addition,the pesticide sensitivity test proved that DmAChE-like is selective and sensitive to organophosphorus pesticides.

关键词： Acetylcholinesterase(AChE) Pichia pastoris Enzyme activity determination Pesticide sensitivity

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Advances in China Space Medical Experiment Research

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空间科学学报 2022年第4期42卷 786-794页

作者： CHEN Hailong LIU Zhaoxia WANG Lidong DING Bai shi liujia WANG Chunyan MI Tao YU Hongqiang ZHAO Rui WANG Honghui CHEN Chao QU Lina MA Honglei JIANG Changhua LI Yongzhi WEI Ming LI Zhili XU Chong ZANG Peng CAO Ping LI Yinghui China Astronaut Research and Training Center Beijing 100094

In 2021,China Space Station(CSS)was assembled and constructed in-orbit,which provided a broad space platform for space medicine and space life sciences *** medicine focuses on the systematic risks that restrict long-term manned *** carries out systematic research on the impact and countermeasure technology of long-term weightlessness on astronauts’health,space radiation on astronauts’health,behavior and ability,advanced on-orbit monitoring and medical disposal technology,and traditional space medical application technology by the space medicine experiment platform on human body and *** has accumulated valuable data on space environmental effects and human factors research,established a“human system risk”research system,obtained new knowledge and discoveries of space medicine,and explored countermeasure technologies of new ***,a series of achievements have been made in the basic research on the mechanism of the special space environmental effect,which provides a solid foundation for the implementation of space missions.

关键词： Space medical experiment Weightlessness Radiation Behavior Traditional medicine

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影响MG-63细胞黏附和蛋白质吸附的PDMS表面处理

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2015年第9期48卷 845-851页

作者：施镠佳谭映军董景新叶雄英王春艳李莹辉清华大学精密仪器系北京100084 中国航天员科研训练中心北京100094

为了将聚二甲基硅氧烷（PDMS）用作空间微流控细胞培养芯片的结构材料，需要克服其自身不利于细胞黏附以及容易吸附蛋白质的缺陷，故必须通过简单可靠的表面处理方法改变PDMS的表面特性．为此，以航天医学生物学研究中常用人骨肉瘤细胞M... 详细信息

为了将聚二甲基硅氧烷（PDMS）用作空间微流控细胞培养芯片的结构材料，需要克服其自身不利于细胞黏附以及容易吸附蛋白质的缺陷，故必须通过简单可靠的表面处理方法改变PDMS的表面特性．为此，以航天医学生物学研究中常用人骨肉瘤细胞MG．63的黏附和细胞培养液中常见蛋白质牛血清白蛋白（BSA）的吸附为衡量指标，比较了4种PDMS表面处理方法的效果，并初步研究了PDMS表面浸润性及形貌与MG．63黏附／BSA吸附之间的关系．4种方法分别为在PDMS表面自聚合聚多巴胺（PDA-PDMS）、涂覆聚赖氨酸（PLL-PDMS）、包被胶原蛋白I型（COL-PDMS）和氧等离子体处理（***）．用倒置荧光显微镜观察细胞黏附和铺展，并用CellTiter96。AQueous单溶液细胞增殖检测试剂盒（MTS）检测培养1～4d的MG-63活细胞活性；检测了吸附异硫氰酸荧光素标记牛血清白蛋白（FTIC-BSA）后的PDMS表面荧光强度；测量了处理前后PDMS表面接触角及表面形貌．结果表明：PDA-PDMS和OX-PDMS变得亲水且较粗糙，而PLL-PDMS、COL-PDMS和未处理PDMS疏水且较平滑；MG一63经4种方法处理后，PDMS表面均能较好地黏附和聚二甲基硅氧烷铺展，但在亲水表面黏附更持久；BSA在亲水表面的吸附明显少于憎水表面．

关键词：聚二甲基硅氧烷 MG-63 牛血清白蛋白表面处理细胞黏附蛋白质吸附

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适用于空间细胞培养系统的泵头分体式直流电机驱动微泵

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航天医学与医学工程 2017年第5期30卷 352-356页

作者：施镠佳王春艳聂捷琳顾寅于建茹万玉民谭映军中国航天员科研训练中心航天医学基础与应用国家重点实验室北京100094

目的为了搭建适用于我国航天医学细胞生物学研究的小型化、集成化、自动化细胞培养系统,提出了一种性能可靠、操作维护简单、成本低廉且自带阀控功能的泵头分体式直流电机驱动型蠕动微泵。方法测试了基于不同额定电压直流电机和减速比... 详细信息

目的为了搭建适用于我国航天医学细胞生物学研究的小型化、集成化、自动化细胞培养系统,提出了一种性能可靠、操作维护简单、成本低廉且自带阀控功能的泵头分体式直流电机驱动型蠕动微泵。方法测试了基于不同额定电压直流电机和减速比构建的微泵工作性能;并以该微泵为核心部件建立了自动细胞培养回路,开展了空间实验常用细胞系MG63和血管内皮细胞的中长周期培养试验。结果零背压下微泵流量与驱动电压呈良好的线性关系,以额定电压8 V(16 V)电机构建的微泵,电压由6 V增至10 V(8 V增至12 V)时,流量由0.29 m L/min增至0.67 m L/min(2.63 m L/min增至4.95 m L/min);持续15 d的测量表明微泵工作稳定性很好。MG63和血管内皮细胞均可在以该微泵为核心的自动细胞培养回路中正常生长达15 d。结论该泵头分体式直流电机驱动微泵工作污染风险低,流量易调,可满足我国空间自动化细胞培养系统搭建的需求。

关键词：微泵直流电机驱动细胞培养系统

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蛋清溶菌酶基因的密码子优化及其在毕赤酵母中的分泌表达

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浙江大学学报（理学版） 2020年第4期47卷 476-483页

作者：张赛南施柳佳廖志银王珍王首锋浙江大学基础医学系浙江杭州310058 绿城农科检测技术有限公司浙江杭州310052

作为一种天然的抑菌物质,溶菌酶对抗生素耐药菌有较强的杀伤作用,具有无耐药性、无残留等特点,被认为在诸如动物饲料、药品等领域可有效代替抗生素,改善滥用抗生素所引起的一系列问题,市场前景巨大。通过微生物发酵大规模生产重组溶菌... 详细信息

作为一种天然的抑菌物质,溶菌酶对抗生素耐药菌有较强的杀伤作用,具有无耐药性、无残留等特点,被认为在诸如动物饲料、药品等领域可有效代替抗生素,改善滥用抗生素所引起的一系列问题,市场前景巨大。通过微生物发酵大规模生产重组溶菌酶符合市场发展趋势,由于目前生产的菌株表达量偏低,限制了溶菌酶的应用和产业化发展。为提高蛋清溶菌酶的发酵表达量,根据毕赤酵母密码子的偏爱性,对其编码基因进行密码子优化,并构建了真核分泌表达载体pPIC9K-coEWL,经遗传霉素G418抗性筛选后,获得了一株酵母转化子(G-pcoEWL),其对G418的抗性浓度高达15 mg·mL-1。在28℃、pH 6.0、转速240 r·min-1和甲醇浓度1%的诱导条件下,酵母重组子G-p-coEWL经摇瓶培养72 h,实现了蛋清溶菌酶的分泌表达。在发酵上清液中,总蛋白浓度为607 mg·L-1,酶活达到677 U·mL-1。此外,本实验还比较了葡聚糖凝胶柱Sephadex G-50和强酸性阳离子交换柱SP-Sepharose FF两种方法对目的蛋白的分离效果,得到Sephadex G-50的分离效果更好,并在14.4 kDa处得到单一的溶菌酶条带。

关键词：蛋清溶菌酶分泌表达毕赤酵母密码子

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封闭型空间细胞培养板研制与验证

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航天医学与医学工程 2017年第2期30卷 92-97页

作者：谭映军施镠佳王春艳聂捷琳顾寅于建茹万玉民李莹辉中国航天员科研训练中心航天医学基础与应用国家重点实验室北京100094

目的为适用于空间特殊实验环境,并在细胞培养实验中更高效地使用试剂、提高细胞培养用品的污染防护能力,提出了一种内部流动路径可控、具备防渗漏、防污染能力的全透明和全封闭细胞培养板。方法基于有限元仿真对培养板核心结构—流路控... 详细信息

目的为适用于空间特殊实验环境,并在细胞培养实验中更高效地使用试剂、提高细胞培养用品的污染防护能力,提出了一种内部流动路径可控、具备防渗漏、防污染能力的全透明和全封闭细胞培养板。方法基于有限元仿真对培养板核心结构—流路控制挡板进行了优化,以优化后的培养板为核心部件搭建细胞培养回路,并开展了中长周期细胞培养试验。结果最优化的三坝-纵向排列细胞培养板,可有效控制其内部流体的流动路径,进出口流速1 m L/min时流体剪切力仅4.8×10^(-5)Pa,流动死区几乎为0,以该培养板为核心构建的细胞培养回路中培养的细胞可正常生长15 d。结论该细胞培养板,可使腔内新旧细胞培养试剂更换及残留气体排出更彻底,防渗漏防污染能力大大提升,试剂使用率提高,能满足空间实验常用典型细胞系的中长期培养需求,适合于我国目前及将来的空间医学生物学实验应用场合。

关键词：细胞培养板流路控制挡板仿真优化

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体液检测技术的发展及在航天医学研究中应用展望

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生命科学仪器 2019年第6期17卷 3-19页

作者：王春艳顾寅施镠佳谭映军李莹辉中国航天员科研训练中心航天医学基础与应用国家重点实验室北京100094

实时、动态、在轨分析航天员体液指标,对于飞行中监测与评估航天员健康风险、发现航天医学新知识具有重要意义。随着先进检测技术和理论的发展,电化学技术、微流控技术、表面等离子体共振技术、微型流式细胞检测技术、生物分子提取和测... 详细信息

实时、动态、在轨分析航天员体液指标,对于飞行中监测与评估航天员健康风险、发现航天医学新知识具有重要意义。随着先进检测技术和理论的发展,电化学技术、微流控技术、表面等离子体共振技术、微型流式细胞检测技术、生物分子提取和测序等技术已在空间环境下得到应用,本文对体液检测技术的发展及在航天医学研究中应用展望进行了综述。

关键词：体液检测技术航天医学研究

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空间站多功能细胞自动培养装置研制与应用

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载人航天 2023年第4期29卷 464-469页

作者：谭映军赵飞王春艳殷学民韦明姚宇华张爱民施镠佳巩陶婉聂捷琳李保雨顾寅李琦谢元友曲丽娜王立东刘朝霞许志刘伟波李莹辉中国航天员科研训练中心北京100094

空间细胞培养装置是天基细胞学实验平台的重要组成设备,为航天医学空间实验研究提供在轨培养样本。根据空间站任务阶段开展航天医学研究需要,研制了一种集培养、观察、环境调控和重力对照一体化的空间站多功能细胞自动培养装置,并开展... 详细信息

空间细胞培养装置是天基细胞学实验平台的重要组成设备,为航天医学空间实验研究提供在轨培养样本。根据空间站任务阶段开展航天医学研究需要,研制了一种集培养、观察、环境调控和重力对照一体化的空间站多功能细胞自动培养装置,并开展了仿真计算与测试验证。结果表明:多功能细胞自动培养装置各项功能指标均满足空间细胞培养要求。该装置已在中国空间站投入应用,并支撑完成了多批次空间细胞培养实验。

关键词：空间细胞培养装置研制应用

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