基于样品及点源光声信号逆卷积的光声成像方法

光声成像是一种新的生物组织成像方法,在目前的光声成像中,都是通过样品光声信号和超声探测器的脉冲响应来计算样品光吸收的投影,但是由于无法获得超声探测器较准确的脉冲响应,影响重建图像质量。提出一种新的计算样品光吸收投影的方法,从理论上给出了样品光吸收投影和样品及点源光声信号的关系,由样品及点源光声信号的逆卷积可直接计算样品光吸收的投影,点源光声信号通过聚焦入射激光直接测得。试验结果显示,重建图像和样品的相对位置、形状及尺寸完全吻合,成像系统空间分辨率达到0．3mm,证明这是一种有效的光声成像方法。     

基于光谱编码的血管内光声组分成像

光声成像突破了传统的光学成像和超声成像在生物组织成像领域的困境,该技术基于光声(Photoacoustic,PA)效应,脉冲激光激励下的生物组织产生超声信号,超声信号被接收后,通过反投影算法将其携带的时间信息和强度信息转化为能够反映生物组织吸收结构和分布的可视化图像。基于不同生物组织的光吸收差异,当激发光强度均匀且稳定时,光声成像反映的就是该物质对于该波长光的吸收特性。本文中,我们基于导管式的血管内光声断层扫描平台结合多波长激发的光声成像算法开发了基于光谱编码的血管内光声组分成像系统,实现了在离体血管斑块中脂质组分的定量成像,高分辨获得了脂质核心的大小形态和边界信息,表征了斑块内的脂质相对含量。     

生物组织光声粘弹显微成像

提出一种反演生物组织粘弹信息的新型无损光声粘弹显微成像方法,它是以强度调制激光作为激发源,通过检测光声（Photoacoustic,PA）信号的相位重建组织粘弹特性分布的成像方法.实验利用不同浓度的琼脂样品来验证光声粘弹显微测量中相位随浓度变化的依赖关系.利用埋有头发丝的琼脂样品来测试这种显微方法的成像分辨率.利用具有不同粘弹性的离体生物组织来验证系统的成像能力.实验结果表明,这种新方法能够高分辨率和高对比度地重建出具有不同粘弹性的生物组织的光声粘弹显微图像,有望实现组织结晶类病变水平的显微在体检测.     

光透明剂对兔子动脉血管壁二次谐波成像的影响

为了了解光透明剂对生物组织二次谐波成像的影响,利用二次谐波成像术(SHG) 对动脉血管组织(兔颈部动脉血管壁外膜层,含有丰富的胶原纤维)经无水甘油处理后的光透明效果进行研究.实验结果表明,经无水甘油处理后的动脉血管壁外膜层胶原纤维的二次谐波成像的成像深度和成像对比度均得到明显的改善;动脉血管组织的衰减系数降低了50 %左右,而成像深度由35 μm 提高到75 μm .这说明甘油溶液具有提高生物组织二次谐波成像深度和对比度的光透明效应.由于组织的浑浊特性使其对可见光和近红外波长具有很强的散射效应,基于激光的治疗和诊断技术受到很大限制,使用光透明剂提高组织内部的折射率匹配从而降低散射效应的方法有望在生物医学领域得到广泛应用.     

半导体型单壁碳纳米管用于近红外二区(NIR-Ⅱ)深层组织光声成像

传统光声成像外源对比剂的光吸收主要集中在可见光区和传统近红外区(NIR,750～900 nm),开发具有更高光学组织穿透能力的近红外二区(NIR-Ⅱ,1 000～1 700 nm)光吸收外源对比剂对活体深层组织光声成像具有重要意义。本文中,作者选取了光吸收峰在1 000 nm左右的半导体型单壁碳纳米管为近红外二区光学吸收外源对比剂,测试了其在近红外二区激光激发下能够产生较强的光声效应。进一步地,作者通过将该纳米材料包埋在仿体组织的不同深度的位置,获得了仿体组织的深层光声成像,成像深度可达1.5 cm。试验结果表明,具有近红外二区光吸收能力的半导体型单壁碳纳米管在活体深层组织光声成像中有很大的应用潜力。     

光声结合用于生物组织成像的研究进展

光声结合为生物组织层析成像提供了一种新的有效的手段。这种新方式克服了传统成像技术的一些不足,能获得更多的信息。本文总结了该领域三个主要研究方向的工作,同时分析了目前存在的问题。     

基于直线电机连续-步进运动的快速光声显微成像系统

报道了一种利用直线电机连续-步进的扫描方式进行光声显微成像的系统,该系统在运动时走弓字型路线,其中直线电机在X轴方向上连续运动,在Y轴方向上以步进的方式运动,采集卡只在X轴电机运动的过程中连续采集。该成像系统较之前振镜扫描的方式扫描的范围更大,可达到厘米尺度范围内的生物组织光声成像;较之前的步进电机逐点扫描的方式扫描速度明显提高。同时本文采用电机带动光和超声换能器一同扫描的方式,较光和超声换能器不动电机带动样品扫描的方式更灵活。另外利用包埋碳丝的模拟样品和在体小鼠耳朵血管来验证系统的成像能力。实验结果表明,这种快速光声显微成像方法及其系统可以实现在体组织的高分辨率成像,有望成为一种无创、实时的光声显微镜应用于生物医学当中。     

基于直线电机的大视场快速光声显微成像系统

光声成像技术是近年来发展的一种新型的无损医学成像技术,它是以脉冲激光作为激发源,以检测的声信号为信息载体,通过相应的图像重建算法重建组织内部结构和功能信息的成像方法。该方法结合了光学成像和声学成像的特点,可提供深层组织高分辨率和高对比度的组织层析图像,在生物医学临床诊断以及在体成像领域具有广泛的应用前景。目前光声成像的扫描方式主要有基于步进电机扫描方式和基于振镜的扫描方式,本文针对目前步进电机扫描速度慢(10 mm×10 mm;0.001帧/s),振镜扫描范围小(1 mm2)的不足,发展了基于直线电机扫描的大视场快速光声显微成像系统。同一条扫描线过程中直线电机速度最高可达200 mm/s。该技术采用逐线采集光声信号的方式,比逐点采集光声信号的步进电机快800倍。该系统对10 mm×10 mm全场扫描的扫描速度为0.8帧/s。最大可扫描视场范围可以达到50 mm×50 mm。大视场快速光声显微成像系统的发展将为生物医学提供新的成像工具。     

光声结构与功能成像技术研究进展

光声成像技术利用短脉冲激光激发产生光声信号,可重建出组织的光吸收分布图像,它结合了纯光学成像的高对比度和纯声学成像的高分辨率特性.光声成像技术不仅能够有效的刻画生物组织结构,还能够精确实现无损功能成像,为研究生物组织的形态结构,生理、病理特征,代谢功能等提供了全新手段.本文简要分析了光声信号产生的机理,总结报道了目前实验室几套典型的成像系统及其最新应用进展,指出光声成像作为一种新型的生物医学成像方法,可望引发生物医学影像领域的一次革新.     

光声成像造影剂的研究进展

光声成像(PAT)是利用光声效应获得生物组织或材料的断层图像或三维立体图像的一种成像方法,它兼具光学和声学成像的优点,从而成为目前比较有应用前景的一种成像模式。光声成像造影剂是光声成像的对比增强剂,它通过改变局部组织的声学和光学特性,提高成像对比度和分辨率,从而显著增强光声成像的成像效果,成为当前生物医学领域研究的一个热点。目前常见的光声成像造影剂主要有金纳米材料,碳纳米材料,染料相关纳米材料以及其他纳米材料,这些材料有它们独特的优势,它们尺寸小,稳定性好,具有良好的生物相容性,但在临床应用时本身又存在一些问题。本文综述了光声成像造影剂的种类并简要概述了其研究进展,并对其未来在生物医学领域的应用前景做了进一步展望。     

黄体酮对成年斑马鱼下丘脑-垂体-性腺轴相关基因转录表达的干扰效应

黄体酮(P4)是一种类固醇激素。为了探究P4的内分泌干扰效应, 选择成年斑马鱼(Danio rerio)作为受试生物, 研究了P4对斑马鱼下丘脑-垂体-性腺轴(HPG轴)相关基因转录表达影响。成年斑马鱼在不同浓度P4(2、11和16 ng•L–1)下处理21 d。结果显示: 暴露于高浓度组的P4能够抑制雌鱼大脑中促性腺激素释放激素2(gnrh2)、促性腺激素释放激素3(gnrh3), 卵泡刺激素(fshb)、雌激素受体1(esr1)基因的转录表达; 然而诱导了雄鱼大脑中fshb、黄体生成素(lhb)、雄激素受体(ar)基因的转录表达, 这些转录变化暗示了P4对成年斑马鱼有潜在的弱雄激素效应。此外, P4暴露对雌鱼卵巢和雄鱼精巢类固醇合成途径中固醇激素合成急性调节蛋白(star)、细胞色素p450介导侧链裂解酶(cyp11a1)、17α羟化酶(cyp17)、卵巢细胞色素P450芳香化酶(cyp19a1a)、11β羟化酶(cyp11b)、羟基类固醇3β脱氢酶(hsd3b)、羟基类固醇20β脱氢酶(hsd20b)、羟基类固醇17β脱氢酶3(hsd17b3)、羟基类固醇11β脱氢酶2(hsd11b2)以及受体信号途径中孕激素受体(pgr)、esr1、ar基因的转录表达没有显著影响。可见, 在P4暴露下, 斑马鱼大脑比性腺更加敏感。总而言之, P4能够改变斑马鱼大脑中HPG轴相关基因的转录表达水平, 进而对斑马鱼的内分泌系统具有潜在的危险。     

基于有限元仿真定量探究贵金属纳米探针自组装诱导的非线性光声效应增强机制

构建高转化效率的功能纳米探针是推动光声分子成像发展的关键。随着光声分子成像技术的发展,具有非线性增强光声转换效率的自组装纳米探针逐渐成为研究热点,然而有关其非线性增强的定量研究尚未见报道。本文以纳米金球为例,利用有限元仿真定量探究金属纳米探针自组装诱导的非线性光热及光声效应,揭示自组装纳米探针光声效应增强规律,为构建具备高转换效率的光声自组装纳米探针奠定了理论基础。     

氧化应激下植物线粒体自噬分析

线粒体自噬,是指通过选择性的识别并清除损伤、衰老及功能紊乱的线粒体,对维持细胞内线粒体质量和数量的平衡产生了重要作用。与动物和酵母中线粒体自噬的研究进展相比,植物线粒体自噬的途径及具体调控机制尚不明确。基于GFP标签,本文探究了氧化胁迫下植物线粒体自噬发生情况。研究发现甲基紫精诱导线粒体在液泡中积累,并呈现两种状态:1) GFP小体包含的线粒体; 2)不含GFP的线粒体。本研究发展的GFP标签策略可为植物线粒体自噬关键调控因子的筛选提供借鉴。     

转录因子ZnF-706在鳞翅目昆虫中的进化格局及在家蚕中的功能

【目的】探讨家蚕Bombyx mori的潜在驯化基因——转录因子ZnF-706在鳞翅目(Lepidoptera)昆虫进化过程及家蚕驯化过程中的分子进化格局;并基于CRISPR/Cas9家蚕基因组编辑平台,探讨ZnF-706基因在家蚕中的功能。【方法】首先分析了家蚕ZnF-706序列特征,并利用已发表芯片数据调研该基因在家蚕幼虫组织中的表达格局;利用Phylogenetic Analysis byMaximum Likelihood (PAML)分支检验方法,分析该基因在鳞翅目不同类群中的分子进化格局。基于已发表的家蚕-野桑蚕Bombyx mandarina群体基因组多态性数据,对ZnF-706进行基因区域人工选择信号分析;对ZnF-706基因上游2 kb的调控区域进行单核苷酸多态性位点频率检测,发掘在家蚕群体中固定下来的突变位点;针对突变位点所在区域进行转录因子结合活性预测。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除ZnF-706基因,获得纯和突变体;以野生型家蚕为对照,检测突变体的茧重及蛹重变化。【结果】家蚕ZnF-706的编码蛋白具有典型的锌指蛋白结构域。ZnF-706在家蚕5龄第3天幼虫各组织中广泛表达,尤其表皮、脂肪体和生殖腺中有很高的表达量;该基因在鳞翅目、蚕蛾总科(Bombycoidea)及天蚕Antherea yamamai 3个分支中均呈现快速进化信号,在家蚕中有强烈的人工选择信号。该基因所在基因组区域的家蚕-野桑蚕种群分歧度参数Fst明显升高,家蚕群体中的群体多样性π明显降低,表明它位于一个选择扫荡区域内;该基因在家蚕-野桑蚕中的9个SNP位点存在于上游调控区,并位于转录因子结合活性区域内。该基因的纯合家蚕突变体ΔZn F-706生存力减弱,并且茧重以及蛹重与野生型家蚕相比都显著降低。但与黑腹果蝇Drosophila melanogaster中不同的是,家蚕中该基因的突变并不致死。【结论】ZnF-706可能在鳞翅目尤其是泌丝昆虫中进化,并在家蚕驯化过程中受到选择压力,提示其对于特征性状茧丝的变异可能发挥作用。该基因可能通过对丝蛋白基因的直接调控,或通过影响家蚕的生长发育而间接地影响茧丝性状。本研究不仅为探究家养动物人工选择机制提供了来自昆虫类材料的独有证据,也为后续深入开展家蚕重要经济性状的转录调控研究提供线索。     

miR-305-3p和miR-71-5p通过调控谷胱甘肽代谢途径参与斜纹夜蛾应对植物次生物质

昆虫和植物在长期进化过程中形成相互作用的关系。其中植物次生物质是植物防御昆虫的主要机制,而昆虫则以解毒酶来应对。为了发现可用于害虫防治的miRNA,通过对农业害虫斜纹夜蛾Spodoptera litura进食芥菜Brassica juncea后中肠的测序分析,获得了一系列差异表达的miRNA。通过生物信息学分析,发现斜纹夜蛾miR-305-3p靶向了谷胱甘肽代谢中的谷氨酸半胱氨酸连接酶的催化亚基(Slgclc),这是一个谷胱甘肽从头合成的限速酶;而miR-71-5p靶向调控gclc和解毒酶表达的转录因子SlNrf2。用芥菜的次生物质吲哚-3-甲醇处理斜纹夜蛾Spli-221细胞株后,实时荧光定量PCR证明Slgclc和SlNrf2表达上调,miR-305-3p和miR-71-5p表达下调。分别在斜纹夜蛾Spli-221细胞中超表达miR-305-3p及miR-71-5p mimics,Slgclc或SlNrf2转录水平下调,并且miR-71-5p mimic处理抑制了SlNrf2下游基因Slgclc和解毒酶谷胱甘肽S-转移酶(GSTs)的表达。结果表明:miR-305-3p和miR-71-5p响应植物次生物质而分别促进Slgclc和SlNrf2表达。然而双荧光素酶实验显示miR-305-3p并不与Slgclc直接结合,miR-71-5p也不与SlNrf2直接结合,推测miR-305-3p和miR-71-5p可能间接调控Slgclc和SlNrf2的表达。研究结果表明,斜纹夜蛾miR-305-3p和miR-71-5p通过调控解毒酶GSTs表达及其底物谷胱甘肽的生成,而参与昆虫抵抗植物次生物质。     

Sli-miR-34-5p响应植物次生物质正调控斜纹夜蛾谷胱甘肽S-转移酶基因SlGSTe1的表达

【目的】昆虫解毒酶系统是昆虫适应植物次生物质的主要机制,研究调控解毒酶基因表达的mi RNA将发现可用于害虫防治的靶标分子。本研究旨在探究Sli-miR-34-5p对斜纹夜蛾Spodopteralitura中应对植物次生物质的解毒酶谷胱甘肽S-转移酶(GST)基因的调控作用。【方法】通过实时荧光定量PCR检测Sli-miR-34-5p在斜纹夜蛾5龄第1天幼虫进食芥菜Brassica juncea后中肠中的表达;在斜纹夜蛾5龄第1天幼虫体内及细胞株中超表达Sli-miR-34-5p模拟体类似物(mimics)或抑制剂(inhibitors),采用实时荧光定量PCR和Western blot分析Sli-miR-34-5p已知或推测的靶基因的表达变化;利用双荧光素酶报告系统验证Sli-miR-34-5p对靶标基因的表达调控作用;采用生物信息学方法预测Sli-miR-34-5p可能的靶基因,以了解其可能的作用机理。【结果】结果表明,Sli-mi R-34-5p在斜纹夜蛾5龄第1天幼虫进食芥菜24和48 h时的中肠中表达显著上调。在斜纹夜蛾5龄第1天幼虫血淋巴中超表达Sli-miR-34-5p mimic,进食芥菜的斜纹夜蛾中SlGSTe1转录上调;反之,超表达Sli-miR-34-5p inhibitor,SlGSTE1蛋白水平显著下调。在斜纹夜蛾Spli-221细胞株中添加芥菜次生物质吲哚-3-甲醇(I3C),Sli-miR-34-5p和SlGSTe1的表达量均呈现上调的趋势;此外,在细胞中转染Sli-miR-34-5p mimic,SlGSTe1的表达水平明显上调。然而,生物信息学预测和双荧光素酶报告系统检测结果显示,Sli-miR-34-5p并不直接作用于靶基因Sl GSTe1。【结论】研究结果提示Sli-miR-34-5p通过促进斜纹夜蛾谷胱甘肽S-转移酶基因Sl GSTe1的表达而参与斜纹夜蛾应对植物次生物质的胁迫。     

基于L-半胱氨酸修饰的Fe3O4@TiO2复合纳米颗粒体外光动力疗法灭活HL60细胞的试验研究

本文采用共沉淀法制备了L-半胱氨酸(L-Cys)修饰的Fe3O4包裹TiO2(Fe3O4@TiO2/L-Cys)复合纳米粒子。通过透射电子显微镜(TEM),X射线衍射(XRD)和傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)对复合纳米粒子进行了表征,并讨论了复合纳米粒子对HL60细胞体外光动力疗法(PDT)灭活的影响。并对其PDT灭活机制进行了初步探索。试验表明,Fe3O4@TiO2/L-Cys复合纳米粒子分散性高,生物相容性好,对细胞的暗毒性更低,并可以有效增强靶向性,提高PDT灭活效率,在410nm波长的光激发下,光照剂量为18J/cm^2的情况下,当TiO2与Fe3O4的比例为1∶3时,整体PDT效率最高。PDT灭活效率可达69.36%。     

脱落酸对绿豆下胚轴不定根发生的影响

以10^-4 mol/L脱落酸(ABA)处理绿豆种子24 h,在幼苗下胚轴长6 cm时,切除根部作为插条,研究ABA对插条不定根发生及插条基部细胞周期时相的影响。结果表明,ABA可促进下胚轴插条不定根发生,增加生根数和生根范围;ABA提高插条基部细胞色氨酸转氨酶、吲哚丙酮酸脱羧酶和吲哚乙醛脱氢酶的比活性,增加吲哚乙酸含量,同时进入细胞周期S期的基部细胞数目增加,促进DNA合成,有利于不定根的发生。     

基于压缩感知和散斑相关法的散射介质成像方法研究

散射介质成像是生物医学成像领域的一个重要研究方向,对生物医学临床的诊断有着重大的意义。结合散斑相关法和压缩感知技术,提出了一种散射介质成像方法。该方法与传统散射介质成像方法相比,将减少图像采集、图像重建所记录的数据量,提高图像处理的效率,并且降低了系统的搭建成本。试验结果表明,结合TVAL3信号重构算法和双谱分析法的散射图像重建算法,随着采样率的增大,峰值信噪比平稳上升,为散射介质成像方法在生物医学成像领域的运用提供了一种有效方案。     

Hartley豚鼠耳朵成纤维细胞分离培养与鉴定分析

本文旨在建立快速获取豚鼠耳朵成纤维细胞的方法,为豚鼠体细胞重编程技术提供起始细胞。首先采用0.05%Trypsin-EDTA和Collagenase IV两种消化酶对脱毛后的耳朵组织碎块进行消化;然后对获取的细胞进行体外培养和形态学观察,支原体检测,Vimentin蛋白免疫荧光鉴定,测定细胞生长曲线计算细胞倍增时间;用绿色荧光蛋白的逆转录病毒感染后用流式细胞仪检测感染效率,核型鉴定检测病毒对核型的影响。分离的豚鼠耳朵成纤维细胞为贴壁生长细胞,消化后2~3h即大部分贴壁并基本完全伸展,细胞呈梭形或多角形,胞浆饱满,立体感强,细胞核清晰形态良好,支原体检测阴性。细胞表达成纤维细胞特异性蛋白Vimentin。生长曲线为S形,符合体外培养细胞正常生长增殖规律,细胞倍增时间为24.85h。逆转录病毒感染效率达75.6%,病毒感染后染色体2n=64的细胞占90%,遗传稳定核型正常。本研究提供的体细胞获取方法操作简单,效率高,获取的细胞状态良好,细胞增殖速度快,细胞感染率高,是一种非常合适的豚鼠耳朵成纤维细胞分离手段,为后续进一步研究豚鼠体细胞重编程提供了技术基础。