原子力显微技术在观测微生物表面形态中的应用

原子力显微技术作为一门新发展起来的显微成像技术,不仅具有在近生理条件下对样本实时、高分辨率三维成像等特点,而且能通过力矩测量探知样本物理性状。即给人们认识微生物的表面结构提供又一平台,也为揭示微生物表面结构与功能之间的关系提供一种新方法。介绍了对微生物表面形态观测中常用测量模式和某些样品固定方法:多孔膜技术、凹陷技术,概括近年来原子力显微技术在微生物学中的应用情况。     

三维X射线显微技术与小型-微体化石高分辨率无损成像*

在古生物学研究中,以X射线断层成像(Computed Tomography)为代表的三维无损成像技术可以在不破坏化石标本的前提下,同时获得标本外观形态和内部结构的信息,相比传统的可见光成像手段有着明显优势。为推动化石三维无损成像技术在国内古生物学领域的发展,本文系统介绍一种新型显微CT技术——三维X射线显微术(Three-Dimensional X-ray Microscopy)。与基于几何放大和吸收衬度成像的传统显微CT技术相比,该技术有若干优势:(1)将同步辐射X射线显微断层成像的光学成像系统引入基于实验室X射线源的显微CT系统中,在几何放大的基础上增加了光学放大,优化了传统显微CT的系统架构,弥补了传统显微CT单纯依靠几何放大的不足,提高了空间分辨率;(2)采用可移动的X射线源和优化的光学成像系统,实现了低能X射线相位衬度成像,可以三维重构传统显微CT技术无法有效探测的、低吸收衬度的化石标本;(3)基于新的成像架构和成像算法,实现了厘米-分米级较大标本内部"感兴趣区域"(Region of Interest)精确导航和局部高分辨率(微米-亚微米空间分辨)成像;(4)可以实现小型扁平标本(宽厚比4,宽10cm)高效率、高分辨率成像和长条形微体标本长轴方向自动分段无缝拼接的微米至亚微米级高分辨率重建,弥补了传统工业显微CT针对小型扁平标本和长条形微体标本高分辨成像效果不佳的缺陷。这些优势使得基于实验室X射线源的显微CT成像技术可以获得接近同步辐射X射线源的成像质量,从而有效推动化石生物学研究。     

几种超分辨率荧光显微技术的原理和近期进展

在生命科学领域,人们常常需要在细胞内精确定位特定的蛋白质以研究其位置与功能的关系．多年来,宽场/共聚焦荧光显微镜的分辨率受限于光的阿贝/瑞利极限,不能分辨出200 nm以下的结构．近年来,随着新的荧光探针和成像理论的出现,研究者开发了多种实现超出普通共聚焦显微镜分辨率的三维超分辨率成像方法．主要介绍这些方法的原理、近期进展和发展趋势．介绍了光源的点扩散函数(point spread function, PSF)的概念和传统分辨率的定义,阐述了提高xy平面分辨率的方法．通过介绍单分子荧光成像技术,引入了单分子成像定位精度的概念,介绍了基于单分子成像的超分辨率显微成像方法,包括光激活定位显微技术(photoactivated localization microscopy, PALM)和随机光学重构显微技术(stochastic optical reconstruction microscopy, STORM)．介绍了两大类通过改造光源的点扩散函数来提高成像分辨率的方法,分别是受激发射损耗显微技术(stimulated emission depletion, STED)和饱和结构照明显微技术(saturated structure illumination microscopy, SSIM)．比较了不同的z轴提取信息的方法,并阐述了这些方法与xy平面上的超分辨率显微成像技术相结合所得到的各种三维超分辨率显微成像技术的优劣．探讨了目前超分辨率显微成像的发展极限和方向．     

宝石能谱CT的功能特点及心血管检查的临床应用

宝石能谱CT拥有一系列独特的技术,包括宝石探测器、高压发射器、ASIR重组技术、能谱栅技术等,使其具有低剂量高清成像、能谱成像和动态500排成像特点,实现了全身0.23mm的极限空间分辨率和类MRI的软组织低密度分辨率,为心脏能量成像、斑块性质的鉴别及金属伪影的消除提供了全新有效的手段。其特有的高纯度和高通透性的物理学特性,再加上影像链中采样率的增高,专有的高清算法,使得宝石能谱CT能够在更低的剂量下,获得更为清晰的图像质量,达到目前业内最高的空间分辨率和密度分辨率;同时,其独有的能谱栅成像技术,将CT诊断从形态学带入功能学领域,因此也被称为"显微CT,病理CT,绿色CT",宝石能谱CT代表了目前CT发展的趋势,它用准确的绝对CT值的单能量成像(keV)诊断和基物质成像诊断来取代传统的相对CT值的混合能量(kVp)成像诊断,用多参数CT成像诊断来代替传统的单参数CT成像诊断,而"三同"(同时、同源、同向)的物理基础保证了其能谱成像的准确性,使CT能谱成像真正走入了临床诊断的第一线,从而提高了心血管疾病诊断的准确性和安全性。为CT在心脏疾病的诊断方面开拓了新领域和新方法。     

膨胀显微成像技术的原理及应用

膨胀显微成像技术（expansion microscopy,ExM）是一种新型超分辨成像技术。该技术借助可膨胀水凝胶均匀地物理放大生物样本,在常规光学成像条件下实现超分辨成像。ExM适用于细胞、组织切片等多种类型生物样本。蛋白质、核酸、脂质等生物大分子均可借助ExM进行超分辨成像。ExM可与共聚焦显微镜、光片显微镜、超高分辨显微镜联合使用,进一步提高成像分辨率。近年来,多种从基础ExM拓展而来的衍生技术进一步促进了该技术的实际应用。本文综述了ExM及其衍生技术的基本原理、ExM与不同成像技术联用的研究进展及ExM在不同类型生物样本中的应用进展,并对ExM技术的发展前景做出展望。     

超高分辨率显微技术研究进展CSCD

光学显微成像具有极为悠久的历史,但一直以来,光学成像一直受到衍射极限的限制而分辨率无法突破200 nm。近年来,超高分辨率显微技术的发展使得光学显微成像分辨率达到了20 nm以下。值得庆贺的是,德国科学家Stefan Hell、美国科学家Eric Betzig和William Moerner因其在超高分辨率显微技术方面的突出贡献获得了2014年的诺贝尔化学奖。在这篇文章中,我们就简要介绍一下超高分辨率显微技术的发展和应用,并带领读者一同寻访大师的科学足迹。     

声聚焦层析增强的三维微波热声成像

本文提出了一种提高微波热声断层成像层析能力的方法和装置.基于热声成像原理和声聚焦理论,搭建了由超短脉冲微波源、384阵元环形探测器、声聚焦透镜、384-64通道采集切换系统、精密扫描位移平台构成的微波热声三维成像系统,并实现了模拟样品的断层成像.实验结果表明该系统能够实现亚毫米级分辨率的热声成像,通过声聚焦方法成倍地提高了其层析分辨率.这对推动微波热声CT技术走向临床具有重要的意义.     

超高分辨率显微技术研究进展

光学显微成像具有极为悠久的历史,但一直以来,光学成像一直受到衍射极限的限制而分辨率无法突破200 nm。近年来,超高分辨率显微技术的发展使得光学显微成像分辨率达到了20 nm以下。值得庆贺的是,德国科学家Stefan Hell、美国科学家Eric Betzig和William Moerner因其在超高分辨率显微技术方面的突出贡献获得了2014年的诺贝尔化学奖。在这篇文章中,我们就简要介绍一下超高分辨率显微技术的发展和应用,并带领读者一同寻访大师的科学足迹。     

激光共聚焦显微技术在瓮安生物群中的应用

激光共聚焦显微技术是一种以激光作为激发光源,通过特殊装置"针孔"来过滤离焦光线以提高光学分辨率和对比度的光学成像技术。由于大部分化石不能自发荧光,该技术在古生物学领域尚未实现大范围的应用。但若围岩能自发荧光而与化石之间具有一定衬度,或化石因含特殊成分能在特定波段激光照射下自发荧光而产生结构衬度,则可以运用激光共聚焦显微技术获得在普通光学显微镜及荧光显微镜下难以清晰观察到的信息。为推动激光共聚焦技术在古生物学领域中的应用,文中系统介绍了该技术的原理与使用方法,并以埃迪卡拉纪磷酸盐化特异埋藏的瓮安生物群微体化石为例,展示了该技术在化石成像中的若干优势。实验结果表明,瓮安生物群微体化石因富含磷灰石可自发荧光实现成像,使用激光共聚焦显微成像技术观察瓮安生物群化石薄片不仅可以获得较好衬度,而且还能提高成像的分辨率和清晰度。此外,在化石薄片的厚度范围内还可以实现化石结构三维重建。     

离轴抛物镜扫描中继系统提升双光子显微成像视场

本文提出利用离轴抛物镜共焦中继系统来改善双光子成像视场边缘像质变差的问题,进而提升双光子成像视场。不同于传统的双胶合透镜扫描中继系统,离轴抛物镜共焦扫描中继系统由一对离轴抛物镜构成,扫描振镜位于抛物面镜焦点处。仿真和试验结果均显示,该系统能有效优化视场边缘的像散、场曲和畸变情况,提高成像质量。利用该扫描系统,我们实现了视场为2. 4 mm×2. 4 mm,横向分辨率为1μm的大视场双光子显微成像,能清晰分辨小鼠大脑切片中的神经轴突结构。     

衰老与血管钙化

血管钙化是指体内钙磷在血管壁的异常沉积,是一个主动的、高度可调节的、类似于骨形成的生物学过程。血管钙化是引起心血管疾病发病率、病死率升高的重要原因,也是危害中老年人身体健康的广泛存在的病理现象。近年研究表明,衰老与血管钙化存在密切关系,衰老可以通过诱导血管平滑肌细胞成骨样转化、内皮细胞释放囊泡、细胞外基质重塑、DNA损伤、炎症反应、磷代谢失衡以及抗衰老因子如Klotho和Sirtuin 1的表达减少而促进血管钙化。     

椎间盘退变动物模型的研究进展

椎间盘退变是腰痛发生的主要原因,严重影响了人们的生活和工作。尽管具体发病机制尚不明确,但近年来其相关动物模型的研究有了很大的进步。造模方法包括结构损伤、应力改变及基因敲除等,本文综述并讨论了这些方法的优缺点和应用方向,以期为后续的研究奠定理论基础。     

人重链铁蛋白偶联HER2抗体的纯化及其在成像中的初步应用

目的:利用临床常用抗体将人重链铁蛋白(HFn)纳米材料更好地靶向肿瘤,以期改善肿瘤的靶向成像或药物治疗,促进蛋白类纳米材料向临床转化。方法:在大肠杆菌内表达纯化得到HFn,以抗人表皮生长因子受体2抗体(anti-HER2)作为模型抗体,用双功能交联剂马来酰亚胺-聚乙二醇-琥珀酰亚胺琥珀酸酯(Mal-PEG-NHS)将HFn与anti-HER2偶联形成HFn/anti-HER2复合物;标记荧光后,观察其不同时间内在HER2阳性乳腺癌荷瘤小鼠内的分布,判断其作为靶向肿瘤药物的可能性。结果:通过尺寸排阻凝胶色谱纯化的靶向复合物HFn/anti-HER2保留典型的对称球状结构,粒径大小为16.88±0.49 nm,较HFn粒径7.11±0.1 nm增加;HFn/anti-HER2组在肿瘤部位的荧光强度是对照组HFn的3倍,说明可以通过偶联抗体提升HFn的靶向性。结论:构建了人重链铁蛋白与抗体的复合物,提升了铁蛋白的靶向性。抗体铁蛋白复合物为铁蛋白类靶向成像及治疗药物的开发提供了新的思路。     

细胞外囊泡研究进展

由细胞释放到细胞外环境中的来源于内体和细胞膜的多样化的膜性囊泡,统称为细胞外囊泡。这些细胞外囊泡作为细胞间转运膜和可溶性蛋白、脂质、RNA的载体,代表一种重要的细胞间通讯方式。虽然很多报道证明,多种细胞释放细胞外囊泡,并且具有一定的生理意义,但是我们目前缺乏对细胞外囊泡分子机制的深入理解,在细胞外囊泡研究的方法学以及人为调控细胞外囊泡的释放等方面也存在局限性,因此使得我们对它们在体内的生理学功能和细胞外囊泡作为疾病靶标的转化医学的研究进程缓慢。在这篇综述中,该文主要从细胞外囊泡的分类、分子细胞生物学研究、生理及病生理功能、细胞外囊泡的研究方法几个方面回顾当前细胞外囊泡领域的研究进展。     

关节软骨与软骨下骨改变在不同骨关节炎动物模型中的特点

目的 探讨不同骨关节炎(osteoarthritis,OA)动物模型中软骨下骨和关节软骨的病理改变特征。方法 采用三种SD大鼠骨关节炎模型,将24只6月龄雌性大鼠随机分为4组:假手术对照组(Sham,n=6),前交叉韧带切除手术组(ACLT,n=6),木瓜蛋白酶关节腔注射组(Papain,n=6),以及卵巢切除术组(OVX,n=6)。造模后8周取膝关节,胫骨平台行Micro-CT扫描分析,关节软骨行甲苯胺蓝染色、Mankin评分,比较软骨下骨和关节软骨改变情况。结果 造模操作后8周,不同OA模型的软骨破坏程度有所不同。ACLT和Papain组软骨破坏比较严重,OVX组软骨变化较轻。所有OA模型中的软骨下松质骨均发生改变,OVX组相对于Sham对照组,软骨下骨微结构显著疏松,而ACLT组与Papain组相对于Sham对照组,软骨下骨微结构没有显著改变,但相对于OVX组,有显著性差异。三种OA模型的软骨下骨板厚度都较Sham组减少。结论 三种动物模型软骨下骨和关节软骨都发生明显病理改变,并且改变有所不同。不同OA模型代表不同病理,预示着软骨下骨所发挥的作用有所不同,这为进一步研究不同类型OA发生发展的机制,以及将软骨下骨作为OA治疗的可能靶点提供了更多的依据。     

同型半胱氨酸化与疾病

高同型半胱氨酸血症能引起多种疾病如动脉粥样硬化、恶性肿瘤、神经退行性疾病等。研究发现,同型半胱氨酸(homocysteine,Hcy)能诱导氧化应激、内质网应激、蛋白质聚集。然而,具体的分子机制还有待进一步研究。近年来,蛋白质的同型半胱氨酸化引起广泛关注,本文对Hcy的代谢途径、同型半胱氨酸化及对机体的影响予以综述。     

胸腺髓质上皮细胞干细胞对胸腺发育的影响

来源于胸腺双能祖细胞的胸腺髓质上皮细胞干细胞(medullary thymic epithelial cell stem cells, mTECSCs),在胸腺发育过程中的胚胎早期阶段既可能发生分化,又可能在胎儿出生后维持胸腺髓质上皮细胞(medullary thymic epithelial cells, mTECs)的再生,充分发挥组织干细胞的功能,确保终身外周血中央型记忆T细胞自身耐受。mTECSCs对胸腺的发育起着重要的作用和影响,得到很多学者的关注。现就mTECSCs对胸腺功能、生理性退化及胸腺衰老和免疫稳态等发育过程中的作用和影响作一概述,并探讨其在胸腺相关疾病治疗方面的潜在价值。     

利用Red重组系统敲除鲍曼不动杆菌asa A基因

目的利用Red重组系统敲除鲍曼不动杆菌ATCC 17978的asaA。方法设计上下游引物中包含asaA的同源序列,并以pKD4质粒为模板,扩增含有卡那霉素抗性基因的DNA片段。将该片段转化于表达重组酶的17978感受态细胞中,在卡那霉素筛选压力下,得到经两次同源双交换的具有卡那霉素基因标记的突变菌株。随后,在重组酶的作用下将抗性基因去除,最终得到无抗性基因标记的突变菌株ΔasaA。结果通过该重组系统,首先将卡那霉素抗性基因的DNA片段替换了基因组中asaA的DNA片段,然后将卡那霉素抗性基因的DNA片段消除,最终获得了asaA缺失的突变体。结论通过Red重组系统为鲍曼不动杆菌中其他基因的缺失突变提供方法与思路。     

GSDMD调控非酒精性脂肪肝中细胞焦亡的研究进展

细胞焦亡是一种炎症相关的细胞程序性死亡方式,由胱天蛋白酶(caspase)和炎性小体介导,最终依赖gasdermin家族成员gasdermin D(GSDMD)执行。细胞焦亡的发生伴随着细胞内炎性因子的外泄及免疫细胞的活化,因此与炎症反应的发生密切相关。非酒精性脂肪性肝病(nonalcoholic fatty liver disease, NAFLD)是一种病因不明的慢性肝病,如果缺乏有效的干预手段,脂肪变性会逐渐进展至炎症、纤维化,最终发展至肝硬化。GSDMD 介导的细胞焦亡在非酒精性脂肪性肝病的发病过程中扮演重要角色,不仅会导致肝细胞死亡,还会加重炎症反应和纤维化的进程。抑制GSDMD 的功能从而减少细胞焦亡能够有效地缓解NAFLD 中的脂质堆积和炎症反应,这将为NAFLD 的治疗开辟一个新的研究方向。本文将概述GSDMD 介导的细胞焦亡的分子机制,并关注GSDMD 和细胞焦亡在NAFLD 发病机制及治疗方面的研究进展,为NAFLD 的诊治提供新思路。     

复苏延迟体(regrowth-delay body)作为一种标示休眠细菌的可逆亚细胞结构

大约在1895年前后,人们就注意到一个有趣的现象,那就是在实验室批量培养细菌(如伤寒杆菌)的时候,每当细胞进入快速生长分裂状态之前,总是存在一个无任何生长迹象的潜伏期(latent period)或延迟期(lag phase)。而且这种复苏过程的延迟时间的长短与细胞经历上一次培养过程的时间有关:培养时间越长(细胞越老),复苏的延迟期越长;培养时间越短(细胞越年轻),复苏的延迟期越短[1]。究其原因,当时的观点是经历了长时间培养的细菌细胞受到了损伤,所以再次生长时需恢复一段时间[1]。