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三个对“氧化应激”的重新认识

生物化学与生物物理进展 2024年

作者：陈畅中国科学院生物物理研究所，生物大分子重点实验室

生命离不开氧，细胞的氧化还原状态直接调控蛋白质等生物大分子功能，介导细胞信号转导以及衰老、神经退行性疾病、代谢病、肿瘤等许多生理和病理过程。鉴于20世纪50年代提出的自由基衰老学说，长期以来氧化应激常与氧化损伤混为一谈，... 详细信息

生命离不开氧，细胞的氧化还原状态直接调控蛋白质等生物大分子功能，介导细胞信号转导以及衰老、神经退行性疾病、代谢病、肿瘤等许多生理和病理过程。鉴于20世纪50年代提出的自由基衰老学说，长期以来氧化应激常与氧化损伤混为一谈，“抗氧化”一度成为“抗衰老”的代名词。本文结合本实验室相关研究工作及领域前沿，提出三个对“氧化应激”的重新认识：第一，氧化应激不等于氧化损伤，具有重要生理功能；第二，氧化应激不是“万金油”，氧化还原调控具有特异性，氧化还原修饰是其作用机制；第三，不能泛泛抗氧化，氧化还原平衡具有精准属性，抗氧化要考虑5R原则，精准氧化还原医药时代已开启。未来挑战体现在氧化还原生物学与医学基础研究、氧化应激在生理和病理过程及环境胁迫中的特异分子机制研究及精准氧化还原干预三大方面，需要多学科交叉、基础与临床研究深度合作、国际协同攻关，实现对生命过程氧化还原认识的突破、机理的突破、精准干预的突破！

关键词：氧化应激氧化损伤氧化还原修饰精准氧化还原 5R原则抗氧化衰老

探究四聚体超表面中多极准连续域束缚态的调控机制

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物理学报 2024年第10期73卷 321-336页

作者：孟祥裕李涛余彬彬邰永航云南师范大学云南省光电信息技术重点实验室昆明650500 国科温州研究院(温州生物材料与工程研究所) 温州市生物物理重点实验室温州325000 瓯江实验室(再生调控与眼脑健康浙江省实验室) 温州325000

本文设计了由四聚长方体组成的全介质超表面,其中每个长方体刻蚀两个椭圆柱并填装空气.当分别为超表面单独引入面内对称破缺、位移扰动和周期扰动时,可在近红外波段产生稳健的准连续域束缚态模式(quasi-bound states in the continuum)... 详细信息

本文设计了由四聚长方体组成的全介质超表面,其中每个长方体刻蚀两个椭圆柱并填装空气.当分别为超表面单独引入面内对称破缺、位移扰动和周期扰动时,可在近红外波段产生稳健的准连续域束缚态模式(quasi-bound states in the continuum).通过测量准BIC (quasi-BIC)模式的谐振波长,计算准BIC模式的Q因子(quality fector)与不对称参数的关系,可进一步证实不对称参数对准BIC共振频率和Q因子的可调谐性.在此基础上,当同时引入面内对称破缺、位移扰动和周期扰动时,可获得5个高Q因子的准BIC模式.共振峰的数量、位置以及Q因子都可通过调整面内破缺、位移扰动和周期扰动的程度进行调控.该超表面的设计可为传感器的多参数传感以及灵敏度等性能的提升提供一种全新思路.

关键词：超表面准连续域束缚态对称破缺

十大措施合力探索合成生物学发展“深圳模式”

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中国科学院院刊 2024年第9期39卷 1574-1582页

作者：张先恩深圳理工大学深圳518055 中国科学院生物物理研究所北京100101

合成生物学驱动的生物技术迭代提升和生物制造变革发展,正在绘制未来生物经济宏图。围绕这一战略目标,我国许多地区积极行动,在推动合成生物产业化进程方面创造了很多经验。其中,深圳与国家有关部门联动,采取了系列措施,初步打造了合成... 详细信息

合成生物学驱动的生物技术迭代提升和生物制造变革发展,正在绘制未来生物经济宏图。围绕这一战略目标,我国许多地区积极行动,在推动合成生物产业化进程方面创造了很多经验。其中,深圳与国家有关部门联动,采取了系列措施,初步打造了合成生物学及其产业的良好生态和创新链条。文章将这些措施归纳为三大板块、十大措施,涉及新型科研机构与创新基地建设、成果转化载体与产业落地、教育与创新人才培养3个方面的相关措施,其成功实施可能成为发展新质生产力的一个“深圳模式”。

关键词：合成生物学生物制造新型研发机构生物设施生物产业园人才深圳模式

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新冠病毒刺突蛋白力学适应性演化研究

医用生物力学 2024年第S1期 92-93页

作者：胡炜叶杨张同同瞿赛思张勇李伟马璐杜雨棽娄继忠李振海陈伟浙江大学医学院中国科学院生物物理所中国科学院物理所上海大学力学与工程科学学院

目的新冠病毒通过其刺突(Spike)蛋白与宿主细胞的受体(ACE2)相互作用,实现对宿主细胞的侵入,这是一个动态的力学过程。然而,对于力学因素是否能影响新冠病毒的演化,以及相关的力学分子机制,尚有待进一步揭示。方法本研究运用了生物膜...

目的新冠病毒通过其刺突(Spike)蛋白与宿主细胞的受体(ACE2)相互作用,实现对宿主细胞的侵入,这是一个动态的力学过程。然而,对于力学因素是否能影响新冠病毒的演化,以及相关的力学分子机制,尚有待进一步揭示。方法本研究运用了生物膜力学探针、磁镊等单分子力学技术,配合生物信息学分析、结构生物学计算和定量力学理论建模等手段,对此问题进行了系统研究。结果 (1)新冠病毒Spike-ACE2相互作用的热力学平衡态亲和力、静态结构等力学因素无关参数,并没有与病毒突变株的传染能力显示出明显的相关性;(2)新冠病毒Spike蛋白的演化遵循力学适应性轨迹,即力可以增强SpikeACE2结合的稳定性,同时降低Spike蛋白自身的结构稳定性;(3)新冠病毒Spike蛋白的力学激活参数与病毒突变株的传染能力之间存在明显的相关性。结论综上所述,本研究根据新冠病毒Spike蛋白的力学特性,提出了新冠病毒Spike蛋白力学适应性演化的理论,并揭示了力学因素塑造新冠病毒Spike蛋白的分子机制。

关键词：

表达荧光素酶的胰腺癌细胞系的建立及其在免疫细胞杀伤效力检测中的应用

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中华微生物学和免疫学杂志 2024年第1期44卷 58-66页

作者：梁谦许崇凤李国亚张丽霞吴雪伶周小雅孟淑芳中国食品药品检定研究院生物制品检定研究所细胞资源保藏研究中心北京102600

目的构建表达报告基因荧光素酶和肿瘤相关抗原间皮素(mesothelin,MSLN)基因的胰腺癌细胞系,评估其作为靶细胞在评价免疫细胞的肿瘤杀伤效力中的应用。方法构建表达荧光素酶、MSLN基因的慢病毒载体,包装慢病毒,感染胰腺癌细胞系,抗生素... 详细信息

目的构建表达报告基因荧光素酶和肿瘤相关抗原间皮素(mesothelin,MSLN)基因的胰腺癌细胞系,评估其作为靶细胞在评价免疫细胞的肿瘤杀伤效力中的应用。方法构建表达荧光素酶、MSLN基因的慢病毒载体,包装慢病毒,感染胰腺癌细胞系,抗生素筛选后,有限稀释法获得单细胞克隆,并验证目的基因的稳定表达。实时无标记细胞分析(real-time cell analysis,RTCA)和荧光素酶活性检测方法体外检测免疫细胞对肿瘤细胞的杀伤效力。将构建的细胞系接种B-NDG小鼠建立表达荧光素酶的胰腺癌肿瘤模型,利用活体成像技术检测荧光素酶表达水平,监测小鼠体内胰腺癌肿瘤生长情况。在胰腺癌小鼠模型中验证嵌合抗原受体T(chimeric antigen receptor T,CAR-T)细胞的肿瘤杀伤能力。结果本研究建立了稳定表达荧光素酶和MSLN基因的胰腺癌细胞系panc-1-luc、panc-1-luc-MSLN和capan-2-luc细胞。3种细胞的报告基因表达水平较高,与细胞数量呈正相关,panc-1-luc-MSLN细胞的MSLN阳性率达95.6%。体外肿瘤细胞杀伤试验结果表明MSLN-CAR-T细胞能特异性杀伤MSLN抗原阳性的panc-1-luc-MSLN细胞和capan-2-luc细胞,最小杀伤率分别为(70.00±18.19)%和(57.00±5.29)%,而对MSLN阴性的panc-1-luc细胞无杀伤作用。RTCA结果显示MSLN-CAR-T细胞对构建的3种胰腺癌细胞均有杀伤能力,最小杀伤率分别为(56.33±7.64)%、(93.00±2.65)%和(26.33±28.15)%;NK-92MI细胞对靶细胞的杀伤不受MSLN限制。免疫缺陷小鼠胰腺癌模型结果显示,体内杀伤效力与体外荧光素酶活性检测结果一致。体内外试验证明,检测靶细胞荧光素酶表达活性,可以反映免疫细胞对靶细胞的杀伤效力。结论本研究建立了稳定表达荧光素酶的多株胰腺癌单克隆细胞系,可用于体内外免疫治疗产品肿瘤杀伤效力的研究评价。

关键词：胰腺癌荧光素酶间皮素活体成像技术免疫治疗

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力信号对心肌细胞跳动的调控

物理学报 2024年第8期73卷 359-368页

作者：陈惠燕李洛非王炜曹毅雷海南京大学物理学院固体微结构国家实验室南京210093 浙江大学物理学院杭州310027 浙江大学物理高等研究院杭州310027

心肌细胞的机械行为对生命健康起至关重要的作用,通常认为电信号和化学信号对心肌细胞的行为起调控作用.近年来发现细胞微环境的物理因素能够调控细胞的增殖、铺展、迁移和分化等行为,但其对心肌细胞机械行为的调控研究仍然缺乏.本文制... 详细信息

心肌细胞的机械行为对生命健康起至关重要的作用,通常认为电信号和化学信号对心肌细胞的行为起调控作用.近年来发现细胞微环境的物理因素能够调控细胞的增殖、铺展、迁移和分化等行为,但其对心肌细胞机械行为的调控研究仍然缺乏.本文制备具有不同杨氏模量的水凝胶以模拟心肌细胞力学微环境,并通过加载力学刺激来探究细胞外基质中不同配体对心肌细胞的力学调控.研究表明机械力信号可以通过基质-配体-细胞的信号通路来调控心肌细胞的跳动,进而引起细胞间的耦合振荡实现心肌细胞的节律控制.这种力信号调控受细胞微环境的杨氏模量、细胞黏附配体种类和密度、以及力信号的强弱和节律三者共同影响,这为理解心率失调和心肌梗死后心力衰竭等疾病提供基础.

关键词：心肌细胞水凝胶力学刺激细胞间相互作用

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大型队列研究数据资源的信息化建设

中国科学：生命科学 2024年第6期54卷 1021-1028页

作者：卞铮王翊涵鄢全意罗丹李岩中国科学院生物物理研究所北京100101 健康医疗大数据西部研究院重庆401329

大型队列研究在医学研究中的作用凸显,信息化建设作为保障大型队列研究高质量开展的重要基础,日益受到关注和重视.本文针对队列研究数据资源的信息化建设要点进行阐述,归纳队列研究在采集、保藏、利用数据资源过程中的全流程信息化场景... 详细信息

大型队列研究在医学研究中的作用凸显,信息化建设作为保障大型队列研究高质量开展的重要基础,日益受到关注和重视.本文针对队列研究数据资源的信息化建设要点进行阐述,归纳队列研究在采集、保藏、利用数据资源过程中的全流程信息化场景,讨论并分析信息化面临的问题与挑战,以期为我国未来的大型队列研究的发展及参与数字中国的建设提供重要借鉴与参考.

关键词：队列研究大型队列信息化建设

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纳米级光学超分辨成像技术研究及展望

生物化学与生物物理进展 2024年

作者：潘天颖谷陆生纪伟中国科学院生物物理研究所生物大分子国家重点实验室

荧光显微成像技术能够将细胞生理活动可视化，是现代生命科学研究的重要手段。超分辨成像技术的出现将研究推进到亚细胞结构层次，而具有纳米级分辨率的单分子定位成像技术成为了研究细胞器、大分子复合物空间分布及相互作用的有力工具... 详细信息

荧光显微成像技术能够将细胞生理活动可视化，是现代生命科学研究的重要手段。超分辨成像技术的出现将研究推进到亚细胞结构层次，而具有纳米级分辨率的单分子定位成像技术成为了研究细胞器、大分子复合物空间分布及相互作用的有力工具。继2014年超分辨成像技术获得诺贝尔化学奖后，《Nature》发布的2024年值得关注的七大技术中再次将纳米级分辨率光学成像技术作为热点进行介绍，超高分辨率成像技术是重要的前沿研究领域。本文首先简要介绍了荧光显微成像技术的发展历史、荧光显微镜的基础概念、超分辨成像技术的基本概况，之后着重介绍了单分子超分辨成像技术的研究进展，并在最后对该技术的发展及应用做了展望。

关键词：超分辨成像技术单分子定位成像技术多色成像三维成像纳米级成像技术

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原位冷冻电镜技术和可视蛋白质组学前沿

生物化学与生物物理进展 2024年

作者：李宽莹王闻雪朱赟薛亮孙飞中国科学院生物物理研究所生物大分子国家重点实验室中国科学院广州生物医药与健康研究院

近年来，随着原位冷冻电镜技术和人工智能技术的不断发展，结构生物学的研究模式发生了重大转变。结构解析不再局限于分离提纯的单一生物大分子，而是在细胞甚至组织内原位直接解析生物大分子的高分辨率结构，并对亚细胞区域整体分子景... 详细信息

近年来，随着原位冷冻电镜技术和人工智能技术的不断发展，结构生物学的研究模式发生了重大转变。结构解析不再局限于分离提纯的单一生物大分子，而是在细胞甚至组织内原位直接解析生物大分子的高分辨率结构，并对亚细胞区域整体分子景观进行结构探索，从而更深刻地理解细胞与组织内生命活动的分子机制。通过展示细胞内不同蛋白质复合物的精细原位结构，可以进一步生成蛋白质组的可视化定量空间分子结构功能图谱，即可视蛋白质组学。以原位冷冻电镜技术为代表的新技术能够在空间水平阐明细胞内蛋白质组的三维相互作用网络，促进从整体上系统性地理解细胞内生物大分子结构功能与互作机制。为推动中国原位冷冻电镜技术和可视蛋白质组学的发展，本文总结了其研究模式和最新前沿进展，结合具体实例展示了新概念与新技术的先进性，并对发展前景进行了展望。

关键词：结构生物学细胞生物学系统生物学冷冻电镜冷冻电子断层成像可视蛋白质组学子断层结构分析冷冻光电关联人工智能