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改进的局部最值分段多项式拟合算法精确校正拉曼光谱基线

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光谱学与光谱分析 2024年第4期44卷 1073-1080页

作者：田超凡李剑君翁国军朱键赵军武西安交通大学生命科学与技术学院教育部生物医学信息工程重点实验室陕西西安710049

基线校正作为拉曼光谱预处理极为关键的步骤之一,对进一步拉曼光谱数据分析和实现拉曼成像等有重要意义。目前,最常用的基线校正算法基于多项式拟合,由于其采用手动或半手动的形式,因此依赖人工经验,对用户的专业性要求较高,处理过程繁... 详细信息

基线校正作为拉曼光谱预处理极为关键的步骤之一,对进一步拉曼光谱数据分析和实现拉曼成像等有重要意义。目前,最常用的基线校正算法基于多项式拟合,由于其采用手动或半手动的形式,因此依赖人工经验,对用户的专业性要求较高,处理过程繁琐,处理结果差异较大。同时,在使用过程中,多项式阶数及移动分段窗口难以选择确定,因此处理的结果常出现欠拟合或过拟合现象。针对传统多项式拟合算法的此类局限性,改进了局部最值分段多项式拟合(NPPF)算法用于精确校正拉曼光谱基线。首先采用了改进的基于分段的局部最值算法,选取光谱中最宽峰底部轮廓的近似横向宽度作为背景点窗口宽度,依次选取窗口内的最小两个值作为需要拟合的背景基线点,避免直接比较或者人工选取导致的背景点选取困难,实现更准确地选取每个背景轮廓基线点。然后通过每个窗口三次拟合迭代覆盖的方式,得到三个拟合曲线函数,选取窗口内每个点对应三个曲线函数值,分别计算与前一拟合值的差值绝对值,取绝对值最小的曲线函数值作为此点拟合曲线值,从而较好地避免了传统分段多项式拟合(PPF)算法中的欠拟合和过拟合现象,同时也确定了拟合过程中的阶数和分段窗口。模拟了两种不同背景类型的拉曼光谱,将NPPF与PPF算法分别对两种模拟光谱进行处理比较,发现NPPF处理结果均方根误差(RMSE)小,证实NPPF较于PPF的优越性。最后,对实际样品(烯啶虫胺、罗丹明6G)的拉曼光谱进行了NPPF和PPF对比处理,发现NPPF的拟合基线较为准确,证实该算法NPPF在拉曼光谱基线校正预处理中具有广泛的实际应用价值和前景。

关键词：拉曼光谱多项式拟合基线校正局部最值

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细胞核生物力学研究进展

力学进展 2024年第2期54卷 259-307页

作者：刘中乾齐颖新上海交通大学生命科学技术学院力学生物学研究所上海200240

细胞核是细胞内最大、刚度最高的细胞器,也是遗传信息储存、复制和转录的中心场所,在生命活动调节方面发挥关键作用.研究表明,生物力学因素在细胞核结构和功能的动态变化调控中至关重要.核骨架蛋白和核孔复合体作为细胞核典型的力学响... 详细信息

细胞核是细胞内最大、刚度最高的细胞器,也是遗传信息储存、复制和转录的中心场所,在生命活动调节方面发挥关键作用.研究表明,生物力学因素在细胞核结构和功能的动态变化调控中至关重要.核骨架蛋白和核孔复合体作为细胞核典型的力学响应组分,在维持细胞核形态结构的同时将细胞骨架传递而来的力呈递至染色质,进而影响染色质构象、基因表达等一系列细胞核相关活动,调控细胞功能.细胞核及其组分对应力信号的感知和转导已成为生物力学研究的前沿热点之一.为更深入地认识生理和病理状态下细胞核的力学特性,揭示其在细胞命运决定中的作用和机制,本文总结了细胞核生物力学相关的研究进展,重点介绍了细胞核骨架、核孔复合体和染色质的物理结构、力学响应过程、各组分的相互作用以及用于细胞核生物力学研究的技术进展,最后总结了细胞核与早衰综合症、神经退行性疾病和心血管疾病的关系,并对细胞核生物力学未来发展进行了展望.

关键词：细胞核生物力学机械信号转导核骨架蛋白核孔复合体染色质

吲哚氰绿和羽扇豆醇复合脂质体用于结肠癌细胞光-免疫协同灭活研究

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中国激光 2024年第3期51卷 127-137页

作者：秦奋张涵张澜姚翠萍王斯佳张镇西西安交通大学生命科学与技术学院生物医学光子学与传感研究所生物医学信息工程教育部重点实验室陕西西安710049

结肠癌已成为我国主要癌症发病种类之一,传统的治疗方法难以抑制其转移和复发。免疫疗法虽然可以通过机体免疫系统清除肿瘤组织,但肿瘤组织中的免疫抑制微环境,往往会导致效果不及预期。光学疗法,包括光热疗法(PTT)和光动力疗法(PDT),... 详细信息

结肠癌已成为我国主要癌症发病种类之一,传统的治疗方法难以抑制其转移和复发。免疫疗法虽然可以通过机体免疫系统清除肿瘤组织,但肿瘤组织中的免疫抑制微环境,往往会导致效果不及预期。光学疗法,包括光热疗法(PTT)和光动力疗法(PDT),不仅可以直接诱导肿瘤细胞凋亡和坏死,还能改善肿瘤组织中的免疫抑制环境,从而促进免疫细胞在肿瘤组织中的浸润和活性,提高免疫治疗效果。笔者创新性地利用吲哚氰绿(ICG)介导的光学疗法和天然免疫活性分子羽扇豆醇(Lupeol)对自然杀伤(NK)细胞免疫活性的提升作用实现光-免疫协同激活作用和抗肿瘤效果,通过纳米脂质体将ICG和羽扇豆醇整合得到Lip-Lupeol&ICG,并将其用于结肠癌细胞灭活研究。结果显示:Lip-Lupeol&ICG在通过两次间隔激光照射后可实现PTT和PDT的两次治疗作用,可将结肠癌细胞活性抑制至43.4%;与此同时,包裹的羽扇豆醇释放后可与光学疗法协同激活NK细胞活性,将结肠癌细胞活性进一步抑制至16.7%,为临床结肠癌治疗提供了一种新思路。

关键词：医用光学吲哚氰绿羽扇豆醇光动力疗法光热力疗法 NK细胞免疫疗法

酿酒酵母中萜类化合物的生物合成与代谢调控研究进展

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生物工程学报 2024年第6期40卷 1661-1693页

作者：邢敏钰冉淦侨谭丹陕西省生物农业研究所陕西西安710043 西安交通大学生命科学与技术学院陕西西安710049

萜类化合物是含量最丰富的一类天然化合物,因其种类繁多、生物活性多样,被广泛应用于食品、医药、化工以及新型燃料等领域。萜类化合物的开发利用价值极高,但依靠植物提取和化学合成等传统生产方式很难满足目前的市场需求。随着合成生... 详细信息

萜类化合物是含量最丰富的一类天然化合物,因其种类繁多、生物活性多样,被广泛应用于食品、医药、化工以及新型燃料等领域。萜类化合物的开发利用价值极高,但依靠植物提取和化学合成等传统生产方式很难满足目前的市场需求。随着合成生物学和代谢工程的发展,构建高效的微生物细胞工厂,特别是以酵母为宿主的细胞工厂,为萜类化合物的大规模生产提供了可能。近年来,研究人员已成功构建出多种萜类化合物的酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)工程菌株,并通过合成生物学和代谢调控等方法有效提高了目标产物的产量。本文总结了近几年利用***底盘细胞生物合成萜类化合物的具体实例,阐述了对***生产萜类化合物的调控策略:包括代谢途径构建与优化、关键酶的挖掘与改造、辅因子再生工程、细胞区室化工程、细胞外排工程,以及细胞耐受性改造等,为进一步利用***细胞工厂合成更多更高产量的萜类化合物提供参考。

关键词：酿酒酵母萜类化合物生物合成代谢调控

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聚己内酯掺杂竹荪多糖的3D打印工艺及性能

高分子材料科学与工程 2024年

作者：卢山何莹马泽宇刘建波秦立果董光能张雅利西安交通大学机械工程学院西安交通大学生命科学与技术学院

3D打印技术在组织工程领域的应用日益重要，但聚己内酯（PCL）由于其亲水性和韧性的限制，其在此领域的应用受到了限制。为此，本研究通过将竹荪提取的多糖物质与PCL进行复合改性，制备了多糖/PCL 3D打印支架，旨在改善其力学性能并提... 详细信息

3D打印技术在组织工程领域的应用日益重要，但聚己内酯（PCL）由于其亲水性和韧性的限制，其在此领域的应用受到了限制。为此，本研究通过将竹荪提取的多糖物质与PCL进行复合改性，制备了多糖/PCL 3D打印支架，旨在改善其力学性能并提高其生物学性能以促进组织工程应用。通过拉伸试验表明多糖添加后的PCL韧性明显提升且弹性模量更接近于骨组织。接触角试验表明添加多糖后提高了表面的润湿性，接触角从92°降低至76°。经过体外细胞培养验证，多糖添加后生物相容性有所提高。研究表明，添加1%多糖后的改性支架表现出最优异的亲水性、韧性和生物相容性，且能够显著增强成骨细胞的附着。这一研究为PCL在组织工程中的进一步应用提供了重要的基础与指导。

关键词：聚己内酯竹荪多糖 3D打印组织工程支架

细胞外基质刚度诱导CCL5合成以提高非小细胞肺癌免疫治疗响应

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西安交通大学学报（医学版） 2024年第3期45卷 396-404页

作者：张天杨雅儒张恩永郭卉刘梦洁西安交通大学第二附属医院肿瘤内科陕西西安710004 西安交通大学生命科学与技术学院仿生工程与生物力学中心陕西西安710049

目的探讨非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)细胞外基质刚度调控趋化因子配体5(C-C motif chemokine ligand 5,CCL5)的机制,揭示CCL5对NSCLC的免疫治疗响应的影响。方法通过TCGA数据库分析NSCLC细胞外基质刚度与CCL5表达... 详细信息

目的探讨非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)细胞外基质刚度调控趋化因子配体5(C-C motif chemokine ligand 5,CCL5)的机制,揭示CCL5对NSCLC的免疫治疗响应的影响。方法通过TCGA数据库分析NSCLC细胞外基质刚度与CCL5表达的相关性;根据NSCLC细胞外基质刚度设计不同刚度的聚丙烯酰胺水凝胶,获得响应水凝胶基质刚度力学加载的H1299细胞并对其进行转录组测序,利用q-PCR验证高基质刚度对CCL5表达的影响;进一步利用NSCLC患者转录组数据探究CCL5与免疫治疗响应的相关性。结果高细胞外基质刚度可以上调CCL5的表达,并且干扰素-γ(interferonγ,IFN-γ)介导的信号通路可能参与了该过程;CCL5高表达的NSCLC患者,肿瘤组织中细胞毒性T细胞的丰度更高,与抗程序性死亡受体-1(programmed cell death protein 1,PD-1)治疗响应性有关。结论细胞外基质刚度增加可促进CCL5合成,CCL5可通过增加肿瘤组织中细胞毒性T细胞浸润提升NSCLC的免疫治疗响应性。

关键词：非小细胞肺癌(NSCLC) 细胞外基质刚度趋化因子配体5(CCL5) 免疫治疗响应性

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泡沫金属电磁感应传热机理研究

工程热物理学报 2024年第3期45卷 811-818页

作者：王雪锋徐峰冯上升生物医学信息工程教育部重点实验室西安交通大学生命学院西安710049 西安交通大学仿生工程与生物力学中心西安710049

研究了电磁感应加热下泡沫金属填充液体的磁–热能量转换及瞬态升/降温传热过程,搭建了泡沫金属填充液体在感应加热与液体冷却下的联合控温实验系统,采用“频域–瞬态”和“松耦合”方法求解电磁–传热耦合数值模型,揭示了泡沫金属填充... 详细信息

研究了电磁感应加热下泡沫金属填充液体的磁–热能量转换及瞬态升/降温传热过程,搭建了泡沫金属填充液体在感应加热与液体冷却下的联合控温实验系统,采用“频域–瞬态”和“松耦合”方法求解电磁–传热耦合数值模型,揭示了泡沫金属填充液体的电磁场与热源分布规律、温度响应特性、温度均匀性以及泡沫金属结构和材质等参数的影响规律。结果表明,泡沫金属填充液体的电磁感应传热特性与泡沫金属的结构和材质密切相关。

关键词：泡沫金属电磁-传热耦合频域-瞬态方法电磁加热

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血管力学生物学2023年度研究进展

医用生物力学 2024年第1期39卷 9-16页

作者：邹敏文韩悦上海交通大学生命科学技术学院力学生物学研究所上海200240

心血管系统是一个以心脏为中心、血管为网络的力学系统,力学因素在调控心血管系统生理状态或病理进程中起到直接且关键的作用。冠心病、高血压和脑卒中等多种心血管疾病都有着相似的病理学基础,即由于血管功能失衡及损伤修复异常引起的... 详细信息

心血管系统是一个以心脏为中心、血管为网络的力学系统,力学因素在调控心血管系统生理状态或病理进程中起到直接且关键的作用。冠心病、高血压和脑卒中等多种心血管疾病都有着相似的病理学基础,即由于血管功能失衡及损伤修复异常引起的血管重建。因此,研究力学因素如何产生生物学效应而导致血管重建,阐明心血管力学信号转导通路和力学调控途径,对于深入了解心血管活动和疾病发生的本质及其防治有重要意义。本文以力学刺激(环境)因素和关键力学响应分子为线索,总结2023年度血管力学生物学的最新研究进展。研究结果为进一步探讨力学因素在心血管疾病发病机制中的作用,寻找心血管疾病诊断的标志物和潜在靶标等提供了新思路。

关键词：心血管疾病力学生物学剪切应力周期性张应变细胞外基质

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植源性和乳源性胞外囊泡对慢性炎症的调控机制

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中国食品学报 2024年第7期24卷 364-376页

作者：曹桂芳李丹伊高阳杨永利姚晓琳陕西科技大学食品与生物工程学院西安710021 西安交通大学生命科学与技术学院西安710049

胞外囊泡(EVs)是由动、植物细胞所分泌的一种囊泡复合体,富含不同种类脂质、蛋白质和RNA等活性组分,使其具有多种生理活性。炎症是机体在外界刺激下所表现出的一种免疫反应,当促炎因子和抗炎因子比例失衡时,机体会表现为慢性炎症。研究... 详细信息

胞外囊泡(EVs)是由动、植物细胞所分泌的一种囊泡复合体,富含不同种类脂质、蛋白质和RNA等活性组分,使其具有多种生理活性。炎症是机体在外界刺激下所表现出的一种免疫反应,当促炎因子和抗炎因子比例失衡时,机体会表现为慢性炎症。研究表明,植源性EVs中的外泌体样纳米囊泡(ELNs)和乳源性EVs因内含不同种类活性组分,故可通过抑制促炎细胞因子的分泌,上调抗炎因子及免疫细胞因子的表达,延缓机体慢性炎症反应及相关炎症性疾病的发生。基于此,本文归纳多种植源性ELNs和乳源性EVs的提取及表征方法,重点探讨植源性ELNs和乳源性EVs对机体炎症的调控作用,即从抑制核因子-κB(NF-κB)、氧化应激及相关丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路传导,调节肠道微生物组成及促进肠道干细胞生长,调控巨噬细胞相关通路的传导等方面进行综述,为植源性ELNs和乳源性EVs生物活性相关研究提供借鉴。

关键词：植源性外泌体样纳米囊泡乳源性胞外囊泡分离纯化抗炎机制发展趋势