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光敏剂的转化与创新

中国激光 2024年第9期51卷 114-130页

作者：刘开宁李睿刘仁发戴志飞北京大学未来技术学院生物医学工程系北京100871 南开大学生命科学学院天津300071

以光敏剂为基础的光动力疗法已被确定为许多肿瘤、皮肤性疾病、血管性疾病等适应证的安全治疗方式。在近些年的研究中,卟啉类光敏剂、二氢卟吩类光敏剂等均投入临床使用,酞菁类光敏剂、稠环醌类光敏剂等均已开展临床研究。但是,光动力... 详细信息

以光敏剂为基础的光动力疗法已被确定为许多肿瘤、皮肤性疾病、血管性疾病等适应证的安全治疗方式。在近些年的研究中,卟啉类光敏剂、二氢卟吩类光敏剂等均投入临床使用,酞菁类光敏剂、稠环醌类光敏剂等均已开展临床研究。但是,光动力疗法在临床转化中还面临着诸多问题,如有限的穿透深度、较低的溶解度、暗毒性、对氧气浓度的高度依赖等,新型的安全高效的光敏剂亟待被进一步开发,以实现高度特异性微创治疗。目前,新型光敏剂的研发主要聚焦于靶向修饰和智能纳米药物递送体系以及可激活/响应型光敏剂、耐乏氧肿瘤微环境的Ⅰ型光敏剂、适应深层实体瘤治疗的光敏剂等。此外,超声激发的声动力治疗也为光敏剂的临床应用开辟了新思路。随着新型光敏剂的开发与转化,将会有更多的光敏剂药物被应用于临床实践,为癌症和其他疾病患者带来福音。

关键词：医用光学光敏剂光动力疗法临床应用

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荧光偏振成像技术及其生物学应用

激光与光电子学进展 2024年第18期 1-15页

作者：杨子仪李世晗刘芷如钟素艺李美琪席鹏北京大学生物医学工程系北京大学力学与科学工程系北京大学生命科学学院

荧光偏振成像通过测量样品中荧光分子的偏振状态，得到样品的取向结构特征，在生物学领域有着广泛的应用。偏振成像常与其他荧光显微技术结合，用来解析细胞结构的排列方向、生物大分子的实时动态取向和组织的有序性等信息，以研究细胞... 详细信息

荧光偏振成像通过测量样品中荧光分子的偏振状态，得到样品的取向结构特征，在生物学领域有着广泛的应用。偏振成像常与其他荧光显微技术结合，用来解析细胞结构的排列方向、生物大分子的实时动态取向和组织的有序性等信息，以研究细胞的生理过程、药物对细胞的作用及异常结构的检测。本文阐述了荧光偏振成像在生物学等领域的应用，对利用偏振信息获取不同样品取向结构的研究方法进行分析比较，并对其未来发展趋势进行展望。

关键词：荧光偏振成像分子取向解析生物显微成像

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真核细胞DNA复制的多层级调控

生物化学与生物物理进展 2024年

作者：张丁峥嵘刘阳刘栩豪胡家志北京大学生命科学学院北大-清华生命科学联合中心

DNA复制是生命体最基础的代谢过程。在人细胞中，数千个DNA复制源在染色质环境下被同时激活，共同起始DNA复制过程并完成基因组的拷贝。复制过程有组织地进行，既受到染色质环境的约束和调控，还需协调与其他DNA代谢事件的关系，以保证... 详细信息

DNA复制是生命体最基础的代谢过程。在人细胞中，数千个DNA复制源在染色质环境下被同时激活，共同起始DNA复制过程并完成基因组的拷贝。复制过程有组织地进行，既受到染色质环境的约束和调控，还需协调与其他DNA代谢事件的关系，以保证基因组DNA和表观遗传信息准确且稳定地继承。随着研究技术的发展和研究数据的积累，系统性、整体性地研究真核细胞，尤其是哺乳动物细胞，在复杂染色质环境下的DNA复制是未来的研究趋势。本文将从多个角度总结真核DNA复制在染色质环境中的多层级调控模式，期望为今后的研究带来启示。

关键词： DNA复制染色质环境多层级调控

基于微流控芯片的体外血管网络模型的研究进展

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化学进展 2024年第6期36卷 840-850页

作者：王芳田赵亮郭广生汪夏燕北京工业大学环境安全与生物效应卓越中心化学与生命科学学院化学系北京100124 中央民族大学生命与环境科学学院北京100081

血管是人体维持器官特定功能和调节体内稳态的重要生理系统。随着组织工程技术和微流控技术的不断发展,基于微流控芯片技术的体外微血管系统已经成为生物医学工程领域重要的在体外重构血管模型的手段,为基础研究和转化医学研究提供了新... 详细信息

血管是人体维持器官特定功能和调节体内稳态的重要生理系统。随着组织工程技术和微流控技术的不断发展,基于微流控芯片技术的体外微血管系统已经成为生物医学工程领域重要的在体外重构血管模型的手段,为基础研究和转化医学研究提供了新的工具。微流控技术弥补了传统体外血管模型存在的缺陷,具有巨大的应用潜力。本综述中,我们总结和讨论了微流控体外血管模型的主要构建方法以及各种方法的异同点,为建立更加可靠的体外血管系统模型提供参考。我们也探讨了在这些体外微血管模型的构建过程中,微流控技术所起到的决定性作用和其独特的优势。

关键词：血管内皮细胞微生理系统微流控技术血管网络

清华大学生物系复系40周年重大科研成果回顾

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科学通报 2024年

作者：陈国强陈柱成黄善金刘玉乐鲁志欧光朔戚益军王新泉王一国颉伟谢道昕姚骏俞立张伟清华大学生命科学学院

清华大学生命科学学科有着深厚的历史积淀. 1926年,清华大学成立生物系. 1952年全国高校进行院系调整时清华大学生物系被并入兄弟院系.清华大学于1984年恢复生物系,并于2009年更名为生命科学学院. 2024年清华生命科学迎来了生物系复系4... 详细信息

清华大学生命科学学科有着深厚的历史积淀. 1926年,清华大学成立生物系. 1952年全国高校进行院系调整时清华大学生物系被并入兄弟院系.清华大学于1984年恢复生物系,并于2009年更名为生命科学学院. 2024年清华生命科学迎来了生物系复系40周年.这40年间,清华大学生命科学学院在国家支持下,依托清华大学的办学优势,广泛吸纳海内外优秀人才,积极开展国际交流与合作,在师资建设、人才培养、学科发展、科研创新和平台搭建等方面取得了显著成就.如今,清华大学生命科学学院已经成为中国生命科学领域最具特色和影响力的人才培养和科研基地之一,取得了一系列的令人瞩目和具有国际影响力的科研成果.本文主要介绍复系40年以来清华大学生命科学领域在细胞、发育和遗传生物学、生理和分子医学、生物物理与结构生物学、交叉学科、神经生物学和植物生物学等方向最新的代表性科研成果.这些原创性基础研究与应用研究成果不仅使清华大学生命科学学科跻身国际领先行列,也为中国和全球生命科学和生物技术的发展与人类健康事业作出了重要贡献.

关键词：清华大学生物系复系重大科研成果

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脊椎动物体节形成的分节时钟调控机制

生物化学与生物物理进展 2024年第4期51卷 731-742页

作者：孙青王宇阿尖措郝岩李岩中国科学院大学生命科学学院北京100049 中国科学院生物物理研究所表观遗传调控与干预重点实验室北京100101 北京大学第一医院北京100035 青海红十字医院西宁810099

脊椎动物胚胎发育早期中胚层细胞的分节时钟控制着体节的周期性形成。体节是沿身体轴的重复结构,最终发育形成椎骨和肋骨。如果分节时钟受到干扰,体节形成就会出现缺陷,从而导致身体发育异常,最终产生脊柱先天性疾病。参与体节发育的主... 详细信息

脊椎动物胚胎发育早期中胚层细胞的分节时钟控制着体节的周期性形成。体节是沿身体轴的重复结构,最终发育形成椎骨和肋骨。如果分节时钟受到干扰,体节形成就会出现缺陷,从而导致身体发育异常,最终产生脊柱先天性疾病。参与体节发育的主要模型是时钟和波前模型。中胚层分化由组合梯度系统调节,该系统涉及成纤维细胞生长因子(FGF)、Wnt/β-catenin和视黄酸(RA)信号通路。FGF信号和Wnt/β-catenin信号控制后中胚层处于未分化状态,RA信号则诱导前中胚层细胞分化导致体节成熟。因此相反的信号梯度在特定位点达到平衡。当分子振荡器从尾芽起始表达并以行波模式向前传播至信号平衡临界点时,将启动分节时钟程序,触发Mesp2等分化基因表达,表现为未成熟的前体节中胚层发育形成一对体节。随着细胞二维培养体系和时事报告系统的成熟,研究人员成功在体外将干细胞诱导分化至中胚层并实现了分节时钟的二维可视化振荡。研究表明,细胞通信中的耦合延迟可以保持相邻细胞之间同步振荡,因此导致体节边界和双侧对称形成。此后研究人员在体外重建了诱导多能干细胞的三维培养系统,再现了具有前-后(AP)轴特征的体节样结构的形成。这为解码分节时钟网络调控机理、探索体节双侧对称形成以及不同物种发育速率的代谢调控机制提供了一个宝贵的研究体系。同时为探索病理性体节缺陷发展中的失调机制创造了一个平台。

关键词：分节时钟体节形成信号梯度周期振荡同步振荡

嗜盐菌合成生物学为基础的新型生物制造:生物制造2.0

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科学通报 2024年

作者：李韶威何宏韬吴琼陈国强清华大学生命科学学院清华大学-北京大学生命科学联合中心清华大学合成与系统生物学中心清华大学化工系教育部工业生物催化重点实验室

生物制造是利用生物体机能进行物质加工与合成的绿色生产方式.目前,传统的生物制造以模式微生物为主,具有发酵技术成熟,分子改造技术成熟,但易染菌、能耗高、产率低、过程控制复杂等特点,其生产化工产品的竞争力不如化学工业.为突破传... 详细信息

生物制造是利用生物体机能进行物质加工与合成的绿色生产方式.目前,传统的生物制造以模式微生物为主,具有发酵技术成熟,分子改造技术成熟,但易染菌、能耗高、产率低、过程控制复杂等特点,其生产化工产品的竞争力不如化学工业.为突破传统生物制造的瓶颈,嗜盐菌等极端微生物近10年快速发展成为底盘细胞,成为开放无灭菌以及可以连续发酵的“下一代工业生物技术”(next generation industrial biotechnology, NGIB).嗜盐微生物是在高渗透压环境中具备正常生长能力的极端微生物,近年来,嗜盐菌的分子生物学工具种类不断增加,使得其改造和工程化发展迅速,已经完成了多种聚羟基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoates, PHA)和小分子化合物的生物合成,包括形态学工程改造带来的下游产物回收的便利.基于嗜盐菌底盘细胞的“下一代工业生物技术”具有基因可编辑性、节能节水、无需灭菌、可连续发酵、设备和操作简单以及一个底盘,多种产物等优点,合成生物学武装的嗜盐菌打开了新型生物制造的一扇新窗口,必将引起生物制造的一场新的变革,我们将其命名为“生物制造2.0”.

关键词：嗜盐菌下一代工业生物技术合成生物学聚羟基脂肪酸酯聚羟基丁酸酯生物制造2.0

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基因编码的细胞器钙指示剂研究进展

中国科学：生命科学 2024年第8期54卷 1386-1407页

作者：谷文佳钟梓铱张涵涵张晓嫣王友军北京师范大学生命科学学院生物系抗性基因资源与分子发育北京市重点实验室北京100875 北京师范大学生命科学学院生物系细胞增殖及调控生物学教育部重点实验室北京100875

真核细胞中的内质网、线粒体等含钙细胞器,是细胞钙信号系统的重要组成部分.揭示这些细胞器中的钙离子动态及稳态有着重要的生理和病理意义.与化学钙探针相比,细胞器特异性表达的基因编码的钙指示剂(genetically encoded Ca^(2+)indicat... 详细信息

真核细胞中的内质网、线粒体等含钙细胞器,是细胞钙信号系统的重要组成部分.揭示这些细胞器中的钙离子动态及稳态有着重要的生理和病理意义.与化学钙探针相比,细胞器特异性表达的基因编码的钙指示剂(genetically encoded Ca^(2+)indicator, GECI)的定位更准确,使用更简便,因而具有很广阔的应用前景.本综述系统梳理了现有的线粒体、内质网、高尔基体、细胞内囊泡以及溶酶体等几种细胞器GECI的研究进展.总结了现有工具的优缺点,展望有待进一步优化的方向,旨在为今后细胞器GECI的开发及优化提供助力.

关键词：细胞器钙指示剂钙成像细胞器钙信号

以可消化蛋白质为基础的水产低蛋白质饲料发展方向与技术分析

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饲料工业 2024年第16期45卷 1-8页

作者：叶元土苏州大学生命科学学院江苏苏州215123

依据动物营养学理论,水产动物对饲料蛋白质和氨基酸的营养需要量就是在满足动物生长性能和生理健康条件下的饲料蛋白质和氨基酸的最低需要量。水产饲料中过高的粗蛋白含量既违背动物营养理论,又造成饲料资源的严重浪费,同时显著增加了... 详细信息

依据动物营养学理论,水产动物对饲料蛋白质和氨基酸的营养需要量就是在满足动物生长性能和生理健康条件下的饲料蛋白质和氨基酸的最低需要量。水产饲料中过高的粗蛋白含量既违背动物营养理论,又造成饲料资源的严重浪费,同时显著增加了对养殖水体中的氮输入量。因此,发展低蛋白质含量、高质量的水产饲料是必需的。这类饲料可以称之为实现了理想蛋白质模型的低蛋白质水产饲料。水产动物理想蛋白质模型是以饲料中可消化蛋白质的量、可消化氨基酸的量为基础计算和配制的,同时也要保持很好的氨基酸平衡性。构建饲料原料中蛋白质和氨基酸消化率数据库是发展理想蛋白质模型水产饲料的技术核心。采用工业化酶解技术和微生物发酵技术,可以显著提高饲料原料中蛋白质和氨基酸的消化利用率,或者开发出蛋白质、氨基酸消化率很高的新的饲料原料,这类原料在饲料中的应用,是发展低蛋白质含量、高质量水产饲料的重要保障。水产饲料产品质量标准是水产饲料工业和水产养殖业发展的重要技术保障。因此,水产饲料产品质量标准也要增加饲料中可消化蛋白质和氨基酸含量的技术指标和含量。

关键词：可消化蛋白质理想蛋白质氨基酸平衡饲料标准水产饲料