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人工调控受体聚集的化学合成生物学策略及应用

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合成生物学 2024年第1期5卷 53-76页

作者：袁燕燕陈慧芳杨思慧王洪辉聂舟湖南大学化学生物传感与化学计量学国家重点实验室化学化工学院生物学院生物大分子化学生物学湖南省重点实验室湖南长沙410082

细胞表面受体的聚集和激活在多种生物过程中发挥着重要作用,如细胞迁移、增殖、凋亡和分化。鉴于受体介导的细胞功能对健康和疾病的广泛相关性,研究人员一直致力于探究细胞受体信号传递和激活的生物化学和生物物理学机制,进而在其基础... 详细信息

细胞表面受体的聚集和激活在多种生物过程中发挥着重要作用,如细胞迁移、增殖、凋亡和分化。鉴于受体介导的细胞功能对健康和疾病的广泛相关性,研究人员一直致力于探究细胞受体信号传递和激活的生物化学和生物物理学机制,进而在其基础上开发多样的分子工程策略操纵受体信号和细胞功能。随着化学合成生物学的快速发展,一系列分子工程工具被开发出来用于理性控制受体,使得人工受体激活更加简单、精准和多样化。本综述首先总结了涉及调节受体聚集控制的关键功能元件,包括分子识别、空间组织、动态和细胞选择性元件。随后介绍了这些高度可控的功能模块在动态聚集、特定响应性、时空分辨和高细胞选择性的精准控制受体聚集分子工具的最新研究进展。此外强调了多种人工控制受体聚集的精准激活策略在细胞表型和命运操纵、免疫激活和活体组织修复方面的新兴应用。最后,本文从作用机理、元件工程、临床局限性、体内长效性等多个角度概述人工受体聚集策略当前面临的挑战和缺点。同时,本文也对其在疾病治疗领域的潜在应用进行了前瞻性的展望。

关键词：化学合成生物学受体聚集元件工程生物医学工程细胞调控

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面向睡眠研究的生理信号开源数据集综述

中国生物医学工程学报 2024年第3期43卷 358-368页

作者：陆敬怡颜昌于广义李建清刘澄玉东南大学仪器科学与工程学院数字医学工程全国重点实验室南京210096 南京医科大学生物医学工程与信息学院南京211166

临床多导睡眠数据的采集和标注耗时长且成本高,被测人群、采集设备和标注专家等因素的不同,使得采集的数据存在差异,增加了睡眠相关研究的难度和复杂度。与众多其他临床开源数据资源相同,面向睡眠研究的生理信号开源数据集的建立为全球... 详细信息

临床多导睡眠数据的采集和标注耗时长且成本高,被测人群、采集设备和标注专家等因素的不同,使得采集的数据存在差异,增加了睡眠相关研究的难度和复杂度。与众多其他临床开源数据资源相同,面向睡眠研究的生理信号开源数据集的建立为全球相关研究者提供了丰富的数据资源和统一的对比平台,促进了睡眠医学领域研究的深入发展。为此,综述了在睡眠领域中常见的18个开源数据集的概况、特点及应用,这些数据集包括脑电图(EEG)、心电图(ECG)、眼电图(EOG)和肌电图(EMG)等生理信号以及涵盖睡眠障碍、心血管疾病和肥胖症等多个临床领域;总结了现有睡眠开源数据集在数据质量、数据标准、数据安全、样本代表性和外部有效性等方面存在的局限,提出了针对性的建议与展望。

关键词：多模态生理信号睡眠开源数据集生理测量

共聚焦激光扫描检眼镜研究进展与应用(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第10期61卷 29-47页

作者：叶夏笛黄江杰孔文邢利娜何益史国华中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏省医用光学重点实验室江苏苏州215163 中国科学技术大学生物医学工程学院(苏州) 生命科学与医学部江苏苏州215163

眼底成像对眼科学研究、眼底疾病诊断和治疗都有着重要的意义,而共聚焦激光扫描检眼镜由于具有优越的成像质量和泛用性,并具有独特的轴向分辨能力,在眼底成像领域中已经占据主导地位。主要综述了共聚焦激光扫描检眼镜检查法在超广角眼... 详细信息

眼底成像对眼科学研究、眼底疾病诊断和治疗都有着重要的意义,而共聚焦激光扫描检眼镜由于具有优越的成像质量和泛用性,并具有独特的轴向分辨能力,在眼底成像领域中已经占据主导地位。主要综述了共聚焦激光扫描检眼镜检查法在超广角眼底成像方面和高分辨率眼底成像方面的实现原理和技术发展,分析了目前仍面临的挑战,并基于现存的挑战对其未来发展进行展望。

关键词：眼科光学与器件超广角眼底成像高分辨率眼底成像共聚焦激光扫描检眼镜

单物镜光片三维荧光成像技术研究进展（特邀）

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激光与光电子学进展 2024年第6期 243-256页

作者：张一凡李辉杨光中国科学技术大学生物医学工程学院中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏省医用光学重点实验室

光片显微镜由于具有强大的光学层切能力、较快的成像速度和较低的光损伤，成为三维成像的重要工具。光片显微镜通常利用两个垂直放置的物镜分别进行照明和成像，这带来了对样品的空间限制并禁用了高数值孔径的成像物镜。以倾斜平面照明... 详细信息

光片显微镜由于具有强大的光学层切能力、较快的成像速度和较低的光损伤，成为三维成像的重要工具。光片显微镜通常利用两个垂直放置的物镜分别进行照明和成像，这带来了对样品的空间限制并禁用了高数值孔径的成像物镜。以倾斜平面照明和微镜微器件反射技术为代表的单物镜光片显微技术突破上述限制，展示出在高分辨率和体积高速成像方面的优势，并且可与超分辨显微术等多种技术结合，在近年来取得了巨大发展。介绍单物镜光片显微成像技术的原理、关键性能的提升和其在生物医学的应用。

关键词：生物光学成像光片显微镜三维成像荧光显微镜

荧光原位杂交扩增探针的结构光照明超分辨成像与计数

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激光与光电子学进展 2024年第4期61卷 183-188页

作者：吴寅梁永张洁李辉中国科学技术大学生物医学工程学院(苏州) 生命科学与医学部江苏苏州215163 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏省医用光学重点实验室江苏苏州215163

人类表皮生长因子受体-2(HER2)的异常扩增会导致癌细胞的过度增殖和肿瘤恶化。在采用常规光学显微成像技术检测扩增水平较高的乳腺癌细胞HER2基因时,荧光原位杂交探针的荧光信号斑点呈簇状分布,难以精确计数。应用结构光照明超分辨成像... 详细信息

人类表皮生长因子受体-2(HER2)的异常扩增会导致癌细胞的过度增殖和肿瘤恶化。在采用常规光学显微成像技术检测扩增水平较高的乳腺癌细胞HER2基因时,荧光原位杂交探针的荧光信号斑点呈簇状分布,难以精确计数。应用结构光照明超分辨成像技术对HER2基因荧光原位杂交的病理切片进行成像,从而分辨距离较近的荧光探针。通过大视场扫描成像和图像拼接,对数百个细胞进行成像和统计分析,提高了高扩增水平病理切片上HER2探针计数的准确性。

关键词：乳腺癌病理诊断荧光原位杂交结构光照明超分辨成像图像拼接

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理论计算在药物制剂设计中的研究进展

化工学报 2024年第4期75卷 1429-1438页

作者：张政汪妩琼张雅静王康军吉远辉沈阳化工大学化学工程学院辽宁沈阳110142 江苏省生物药物高技术研究重点实验室东南大学化学化工学院江苏南京211189

药物制剂不仅关系国计民生,而且也是国家安全和科技竞争的战略重点。理论计算在药物制剂设计过程中发挥了重要作用,有关药物制剂设计中的现代理论计算方法一直备受关注。近年来,随着人工智能等新兴技术的飞速发展,药物制剂的研发模式也... 详细信息

药物制剂不仅关系国计民生,而且也是国家安全和科技竞争的战略重点。理论计算在药物制剂设计过程中发挥了重要作用,有关药物制剂设计中的现代理论计算方法一直备受关注。近年来,随着人工智能等新兴技术的飞速发展,药物制剂的研发模式也逐渐向大数据驱动的智能设计模式转变。首先,阐述了理论计算在药物制剂设计中的重要性。然后,重点探讨了药物制剂设计中理论计算的研究现状,分别对分子模拟、热力学计算和人工智能等方法进行了归纳和总结,深入分析了各类方法的优缺点。在此基础上,讨论了理论计算在药物制剂设计中面临的挑战,并对其未来发展方向提出了展望,有望为药物制剂的智能设计提供参考与指导。

关键词：药物制剂理论计算分子模拟热力学计算人工智能

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表达元件优化促进重组胶原蛋白在谷氨酸棒杆菌中的表达

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食品与发酵工业 2024年第14期50卷 1-9页

作者：程逸凡张萌许菲江南大学生物工程学院工业生物技术教育部重点实验室江苏无锡214122

重组胶原蛋白是一种具有广泛应用潜力的生物材料,近年来引起了生物医学、组织工程等众多领域的关注。胶原蛋白的3股螺旋结构赋予其独特的生物学功能和生物相容性,但也增加了其在微生物系统中表达的复杂性。该研究以细菌胶原蛋白V-B作为... 详细信息

重组胶原蛋白是一种具有广泛应用潜力的生物材料,近年来引起了生物医学、组织工程等众多领域的关注。胶原蛋白的3股螺旋结构赋予其独特的生物学功能和生物相容性,但也增加了其在微生物系统中表达的复杂性。该研究以细菌胶原蛋白V-B作为模式蛋白,通过对表达元件的优化,促进重组胶原蛋白在谷氨酸棒杆菌中的表达。首先通过启动子筛选和发酵时长优化,获得介导V-B表达的最优启动子tac-R0。接着利用RBS calculator设计核糖体结合位点(ribosomal binding site,RBS)和间隔序列(aligned spacing,AS)的突变文库,得到与tac-R0启动子搭配组合的最优RBS和AS,使V-B的产量提高至514 mg/L。此外,通过多基因表达盒的串联组合策略,将多个目的基因串联,最终V-B的产量较初始水平提高了8.4倍,达697 mg/L,该研究为重组胶原蛋白的工业化生产提供了基础。

关键词：重组胶原蛋白谷氨酸棒杆菌启动子核糖体结合位点串联表达

高岭土改性丝瓜络生物炭修复PAHs污染沉积物及微生物响应

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中国环境科学 2024年第6期44卷 3301-3313页

作者：徐文卓李高帆卫昊明晏再生尤佳黄娟东南大学土木工程学院江苏南京210096 中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室江苏南京210008

采用高岭土改性生物炭或者使用三维立体,如丝瓜络生物炭(LSBC)修复PAHs污染沉积物,制备了三维立体LSBC(3D-LSBC)、改性三维立体LSBC(3D-K-LSBC)、颗粒LSBC(G-LSBC)和改性颗粒LSBC(G-K-LSBC)四种材料.结果表明:G-K-LSBC修复PAHs污染沉积... 详细信息

采用高岭土改性生物炭或者使用三维立体,如丝瓜络生物炭(LSBC)修复PAHs污染沉积物,制备了三维立体LSBC(3D-LSBC)、改性三维立体LSBC(3D-K-LSBC)、颗粒LSBC(G-LSBC)和改性颗粒LSBC(G-K-LSBC)四种材料.结果表明:G-K-LSBC修复PAHs污染沉积物效果显著,沉积物PAHs去除率达21.76%,PAHs的修复效率提高了1个数量级.各组下层沉积物PAHs生物有效性明显高于上层沉积物(P生物有效性,分别为对照组的43.99%~78.48%和39.08%~72.01%.经过150d修复,沉积物PAHs含量未出现明显垂向分布特征(P>0.05).然而,沉积物微生物群落组成发生了明显变化(P生物物种丰富度和多样性明显提高;其中,在G-K-LSBC作用下,沉积物群落中具有芳香烃降解和芳香化合物降解功能菌属呈显著富集.G-K-LSBC表现出更高的PAHs污染沉积物修复潜力.此外,高岭土改性显著提高了LSBC材料的稳定性.

关键词：多环芳烃污染沉积物高岭土改性丝瓜络生物炭修复微生物群落

高强度聚焦超声在腹部多层组织中的次生焦点问题

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应用声学 2024年

作者：陈丹徐佳虹赵封隆史新旺周小伟重庆医科大学生物医学工程学院超声医学工程国家重点实验室国家药品监督管理局超声手术设备质量评价重点实验室

高强度聚焦超声治疗腹部子宫肌瘤时会出现皮肤及浅表组织烧伤。该文依据声传播理论模型，探究该问题背后的潜在原因。首先，建立治疗场景下皮肤、肌肉、脂肪等多层组织的声反射模型，得出组织界面处的声反射可形成次生焦点；之后，通过k... 详细信息

高强度聚焦超声治疗腹部子宫肌瘤时会出现皮肤及浅表组织烧伤。该文依据声传播理论模型，探究该问题背后的潜在原因。首先，建立治疗场景下皮肤、肌肉、脂肪等多层组织的声反射模型，得出组织界面处的声反射可形成次生焦点；之后，通过k-Wave仿真计算该次生焦点的声场和温度场，并探究其空间位置规律；最后，设计离体实验观察次生焦点。仿真结果表明，由于肌肉与脂肪间的声阻抗差较大，聚焦超声的入射声波在该界面处反射的能量确实可在组织内部二次聚焦，聚焦处的温度可达50oC甚至更高。并且，实验结果也与仿真计算吻合。该研究证实了高强度聚焦超声在腹部多层组织中可形成次生焦点，在一定条件下该次生焦点是导致皮肤及浅表组织烧伤的一个潜在因素。

关键词：高强度聚焦超声次生焦点皮肤损伤子宫肌瘤声波反射