神经细胞

科技日报北京4月26日电 （记者刘霞）英国科学家首次在实验室制造出了由生物相容性材料制成的人工神经细胞，这项创新有朝一日可能会被用于合成组织，以修复心脏或眼睛等器官。相关研究发表于近日出版的《自然化学》杂志。神经元细胞是神经系统最基本的结构和功能单位，基本功能是通过接受、整合、传导和输出信息实现信息交换。在最新研究中，牛津大学哈根贝利团队设计出了一种合成材料，其作用方式与人类的神经细胞类似。这种人工神经细胞由水凝胶制成，直径约为0.7毫米，比人类神经细胞宽约700倍，但与鱿鱼体内的巨大轴突相当。它们的长度也可以达到25毫米，与从眼睛到大脑的人类视神经的长度相似。研究人员称，当光照在这种合成神经细胞上时，会激活蛋白质，将氢离子泵入细胞。这些带正电荷的氢离子随后通过神经细胞，携带电信号。当正电荷到达神经细胞顶端时，它会使神经递质化学物质三磷酸腺苷（ATP）从一个水滴移动到另一个水滴。在未来的研究中，研究人员希望能让合成神经细胞通过ATP信号与另一个神经细胞相互作用，就像神经细胞在突触上相互连接一样。随后，该团队将7个神经细胞捆绑在一起，作为一个合成神经并行工作。贝利说：“这使我们能够同时发送多个信号，它们的频率各不相同。这样做的主要目的是通过同一途径发送不同的信息。”巴斯大学的阿兰诺加雷特表示，这项创新将在本世纪末改善人工视网膜等神经植入物方面发挥重要作用，“在软材料中模拟神经活动是朝着开发出无创脑机接口和解决神经退行性疾病新疗法迈出的重要一步”。贝利希望最终能利用这些合成神经细胞同时输送不同类型的药物，以更快、更精确地治疗伤口，“利用光，我们可能会以一种特定模式释放药物分子”。不过，贝利团队也指出，与真正的神经细胞不同，新合成系统中没有循环和创造新神经递质的机制，因此这个神经细胞只能工作几个小时，人工神经细胞还有很长的路要走。总编辑圈点神经元细胞损伤后，不可再生，虽然可以修复，但难度也不低，且需要时间。这次，科学家首次在实验室制造出了由生物相容性材料制成的人工神经细胞，它能部分发挥真正神经细胞的作用，能传递信息，但只能工作几个小时。需要注意的是，研究人员自己也给出了一个时间表，他们说，这项创新或将在本世纪末在改善人工视网膜等方面发挥重要作用。本世纪末！看来，要从实验室成果变成真正能用于临床的医疗手段，还需要艰苦卓绝的努力。

约翰霍普金斯大学的研究者开发出了一种方法，能将人体干细胞转变为视网膜神经细胞，这是一种位于视网膜内能将视觉信号传递给大脑的神经细胞。这类细胞的死亡或者紊乱能引起视力丧失，譬如青光眼和多发性硬化症（MS）。“我们的研究不仅让人们更深入的了解了视神经的生物学功能，也为开发防治视力疾病的药物提供了细胞模型，”研究者Donald Zack博士表示，他是约翰霍普金斯大学医学院的眼科教授。“并且，这也有利于开发细胞移植方法来来恢复青光眼或者MS患者的视力。”整个实验的详细过程发表于《科技报告》杂志上，通过修饰一系列的人体胚胎干细胞使其具有荧光特性，以区别视网膜神经细胞，然后使用此类细胞来区分生成的细胞。研究者们使用一种叫做CRISPR-Cas9的基因组编辑技术，向干细胞DNA中插入了荧光蛋白基因。这种红色的荧光蛋白只有在另一个基因BRN3B (POU4F2)表达的情况下才会表达。BRN3B通过成熟的视网膜神经细胞表达，所以一旦干细胞变成了视网膜神经细胞，它就会在显微镜下显红色。接下来，他们运用荧光激活细胞筛选法来分离纯化新生成的视网膜神经细胞。Zack表示，新生成的细胞表现出了与自然生成的视网膜神经细胞一样的生物学和物理特性。研究者也发现，在实验的第一天添加一种叫做毛喉素的化学物质，有助于提高视网膜神经细胞的生成效率。研究者提醒到，毛喉素广泛用于减肥和肌肉塑形，也常作为中药治疗各种紊乱，但是对于防治视力损失和其它一些紊乱并不一定安全有效。“在培养的第30天，显微镜下能看到明显的成簇的荧光细胞，”首席研究者Valentin Sluch博士表示，他以前是霍普金斯大学生物化学、细胞分子生物系的学生，现在任职于诺华公司。Sluch在加入诺华之前就完成了该研究。“第一次成功的时候我很高兴，”Sluch说道。“我几乎跳了起来，然后跑去告诉我一个同事。就好像马上就能分离出细胞进行研究一样，这在以前是不可能的。”“我们知道，这仅仅是个开始，”Zack补充道。在随后的研究中，他的实验室旨在找出其它与视神经细胞生存和功能相关的基因。“我们希望这些细胞能为治疗青光眼和其它类型的视神经疾病提供新的方法。”为了能够利用这些细胞治疗MS，Zack正与Peter Calabresi合作，他是霍普金斯大学多发性硬化症研究中心的主管、神经病学教授。

p 　　近日，国际综合研究权威期刊《美国国家科学院院报》(PNAS)发表了题为《Single-Neuron Identification Of Chemical Constituents， Physiological Changes， And Metabolism Using Mass Spectrometry》的研究论文。该研究由中国科学技术大学生命学院神经退行性疾病研究中心暨中国科学技术大学脑资源库熊伟教授研究组与中科大化学学院黄光明教授研究组合作完成。该研究依托电生理膜片钳以及电喷雾离子源技术建立的稳定的单神经元胞内组分取样和质谱组分分析技术，对小鼠海马、前额叶、杏仁核、纹状体等脑区单个神经元内的数千种化学小分子进行了快速质谱检测，并且可以做到同步采集电生理信号，在单细胞层次上成功地完成了对神经元功能、代谢物组成及其代谢通路的研究。这项研究首次利用化学质谱方法直接无稀释的检测单个神经元中多种神经递质、代谢物、脂质等化学小分子，实现了单个神经元化学成分及代谢物的即时分析，该技术将目前神经细胞成分分析的研究推向了一个活细胞及单细胞水平，有望在单细胞层次上去研究神经生物学、代谢组学、毒理学等生命科学的重大问题，具有非常重要的应用前景。 /p p 　　大脑中有亿万个神经细胞，这些神经细胞在细胞形态，突触连结，细胞结构，电生理以及生理功能上具有高度的多样性。不同种类的神经细胞中，其化学分子组成、含量、代谢也都有着很大的差别。因此，对脑内单个神经元的化学成分进行分析，则具有重要的生物学价值。质谱分析因为具有高灵敏度，大的线性范围以及高通量分析化学分子的特点，逐渐被用于单细胞的细胞代谢分析。但目前的方法需要使用大量有机试剂对细胞进行处理，无法保持采样时细胞的活性 冗长的处理和分离过程也导致较慢的分析速度，无法短时间内完成大量单细胞分析 并缺乏来自同一细胞的电生理信号 最终导致单细胞代谢物的质谱分析无法大规模用于神经细胞的分析。 /p p 　　此研究成功建立了一套稳定的单细胞质谱分析技术，并对不同年龄段的小鼠海马、杏仁核、纹状体等脑区单个神经元中的谷氨酰胺、谷氨酸以及GABA等化学小分子进行定性、定量分析并对其进行神经元分类，最后利用该技术成功鉴定单个神经元内谷氨酰胺的代谢路径。这项方法的成熟与普及，必会为后续单个神经元组分分析、神经元分类以及病理状态下单个神经元中组分变化分析提供强有力的手段。 /p p 　　该项工作由中科大生命学院博士后朱洪影、生命学院博士研究生邹桂昌、王宁在熊伟教授和黄光明教授的共同指导下完成。该研究工作得到了国家自然科学基金委重大研究计划、科技部、中科院战略性先导科技专项(B类)以及国家青年千人计划等的资助。该工作还得到中国科学技术大学同步辐射实验室光电离质谱线站的仪器与技术支持。 /p

据日本科学技术振兴机构（JST）网站消息，大阪大学蛋白质研究所、东京都健康安全研究中心等机构的科研人员共同组成的研究团队发现胚胎母体体温控制与胚胎神经细胞发育之间的关联。该项研究成果近期发表在《Nano Letters》,题为：“Microscopic temperature control reveals cooperative regulation of actin–myosin interaction by drebrin E”。　　神经细胞轴突的前端是决定轴突生长导向的生长锥（growth cone），其中含有肌球蛋白（myosin）、肌动蛋白丝(actin filament)和胚胎型脑发育调节蛋白（drebrin E）。前期研究表明，肌球蛋白和肌动蛋白丝相互作用决定细胞的形态，而drebrin E抑制两者的相互作用。在动物胚胎成长初期，随着神经细胞的发育成熟，drebrin E的浓度逐渐降低。但是，在接近体温的温度下，drebrin E的浓度变化对肌球蛋白和肌动蛋白丝相互作用的影响尚不明确。　　此次，科研人员着眼于动物胚胎神经细胞中的蛋白质以及温度对蛋白质间相互作用的影响，运用上述三种蛋白质，在人工环境下再现细胞内部的现象。科研人员运用局部热脉冲法进行实验，克服了肌球蛋白因加热而失去活性的技术难题，实验显示，在室温的情况下，drebrin E会阻碍肌球蛋白和肌动蛋白丝的相互作用，与前期研究一致。此外，科研人员发现温度在37度且drebrin E浓度在活体浓度范围内的情况下，drebrin E浓度的些许变化便可影响肌球蛋白和肌动蛋白丝相互作用的强弱，通过调节drebrin E的浓度可以有效控制相互作用的强弱。但是，如果温度低1度，即便大幅改变drebrin E的浓度，相互作用的强弱也无法出现相应的变化。　　研究显示，drebrin E的浓度变化对肌球蛋白和肌动蛋白丝相互作用强弱的调控仅在生理温度下有效，即使周围环境温度发生变化，只要胚胎母体体温控制在37度左右，胚胎神经细胞就可正常发育，揭示了母体体温精准控制对于神经细胞正常发育的重要性。 　　原文链接：　　https://www.jst.go.jp/pr/announce/20211109/index.html

David Schaffer是加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)的化学和生物分子工程、生物工程和神经科学教授，在那里他还担任伯克利干细胞中心(Berkeley Stem Cell Center)主任和QB3-Berkeley主任。David实验室致力于了解生物学和探索干细胞的治疗潜力，尝试用组织工程学控制干细胞的能力并用于疾病治疗。他们致力于发现新的信号通路，并解释和实现这些信号的生物网络的计算和实验分析，最终将这些信号整合到生物材料微环境中以实现最优的干细胞控制。多能干细胞的可扩展和分化可以极大地受益于许多生物学应用，包括细胞替代治疗、疾病建模、体外器官形成和药物筛选。David实验室是PerkinElmer高内涵的老用户，自2018年开始，陆续基于PerkinElmer的高内涵系统发表了5篇文章，包括一篇Cell Report，一篇Science Advances。在6月份的推送《就发了5篇SCI！老凡尔赛如何用高内涵阐明神经细胞分化机制（上）》中，我们已经分享了David实验室建立的2D神经分化体系，此次，我们来分享3D神经干细胞研究体系。《High-throughput 3D screening for differentiation of hPSC-derived cell therapy candidates》于2020年8月发表于Science Advanced杂志，该工作系统性的构建了3D神经分化研究方法，建立高通量3D培养平台，用于系统地筛选1200种不同剂量、持续时间、动力学和信号组合的培养条件，寻找能从人多能干细胞(hPSCs)分化出少突胶质细胞祖细胞和中脑多巴胺能神经元的条件并确定关键因子。该研究揭示了以前未被发现的， Wnt、维甲酸和sonic hedgehog信号对细胞分化的复杂作用，这可能揭示了人类中枢神经系统发育中新的关键机制。该研究的发现有助于一些神经类疾病的细胞替代疗法（cell replacement therapies (CRTs)）的优化。首先，少突胶质前体细胞OPC的体外分化过程见上图，在3D培养条件下，要经过复杂的诱导过程，PSC细胞才能够分化成为OPC细胞，而这一过程如何规范化如何可控，正是神经系统类基本细胞替代疗法最关心的问题，作者就针对这一过程展开了筛选。上图为作者筛选体系示意图，该体系将细胞悬浮在3D水凝胶中的微柱芯片压印到含有隔离介质条件的互补微孔芯片上，然后芯片被悬空培养在800nl培养介质的微孔中，经过一段时间的培养，该微流控板直接用PerkinElmer高内涵系统进行成像和分析。这样，在培养基中加入不同成分，就能够筛选不同剂量和时间的组合。作者共筛选了1200个组合培养条件，共计4800个独立样本，同时消耗的试剂体积不到相应96孔板格式的0.2%。这是一个非常高效的筛选体系。接下来，作者进行了各个关键因素多维度的筛选，筛选的表型为各个分化时期OPC的不同标记物，如Olig2、Tuj1、Nkx2.2等，这些标记物的成像和定量都是通过PerkinElmer高内涵系统完成的。这些多维度筛选的关键因素包括：接种细胞密度对早期分化过程的影响RA，SHH和 Wnt三个信号通路的组合效应3种信号通路抑制剂和拮抗剂的组合效应，IWP-2（Wnt通路抑制剂）、GANTT61（SHH通路拮抗剂）、DAPT（Notch通路拮抗剂）RA和SAG处理不同时间的影响之后，作者拟合了广义线性模型，将Olig2、Nxk2.2和Tuj1的表达和共表达与本研究涉及的12个培养参数中的单个输入参数以及它们之间的132个成对相互作用关联起来。并发现，RA是对Olig2和Nkx2.2表达影响最大的参数之一，特别是第0天和第1天和第4天和第10天剂量控制至关重要。此外，该分析确定了两种培养参数（第0-2天高剂量的RA+第4-10天高剂量的SAG，GANT剂量的增加+CHIR持续时间的延长）以协同方式相互作用以促进OPC分化的情况。最后，作者还用该模型筛选了hPSC细胞分化成tyrosine hydroxylase+mDA神经细胞的过程，也找到了该过程的重要调控因素，描述了该过程的可控性操作方法。这部分内容由于篇幅不再展开，感兴趣的同学请阅读原文。综上本文建立了一个很好的3D神经细胞分化研究体系，该体系基于高内涵成像与分析系统，能够在作者设计的微芯片上，同时分析神经细胞分化过程中诸多因子的作用。作者也借助该体系，详细的分析了两种神经细胞分化过程中关键因子是如何作用的，这些发现对于神经系统疾病的细胞替代疗法的过程设计尤其重要。在本文中，PerkinElmer高内涵系统包揽了所有的成像和分析工作，在作者自行设计的微芯片上灵活自如，对各种芯片和孔板有极强的包容性，实在是不可缺少的筛选小助手啊！参考文献Riya Muckom , XiaopingBao, et al, High-throughput 3D screening for differentiation of hPSC-derived cell therapy candidates. Sci Adv. 2020 Aug 7 6(32): eaaz1457.

p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 神经细胞.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201704/noimg/5ea1ac41-e831-42dc-ab38-5e418c9181f5.jpg" / 　 /p p 　世界上没有两片完全相同的叶子，细胞也是。然而，科学家们在进行现代生物学研究时，大多时候都考察的是细胞群体，而忽略了细胞异质性。 /p p 　　就拿神经细胞来说，大脑中有亿万个神经细胞，这些神经细胞在细胞形态，突触连结，细胞结构，电生理以及生理功能上具有高度的多样性。不同种类的神经细胞中，其基因组、蛋白组、化学分子组成、含量、代谢也都有着很大的差别。在直径不到1毫米的一个很小的脑区，可能就存在几十种甚至上百种完全不同的神经元以及胶质细胞类型。甚至很多情况下，即使物理距离上相邻的两个神经元也可能是两个不同的神经元类型。因此，对脑内单个神经元的基因组、蛋白质组以及代谢组进行分析，具有重要的生物学价值。 /p p 　　单细胞技术在近年发展非常迅速，比如单细胞测序，已经广泛应用于各种生命学科的研究。2014年1月Nature Methods上发表的年度特别报道，将“单细胞测序”(Singled out for sequencing)的应用列为2013年度最重要的方法学进展。 /p p 　　单细胞技术不仅在测序方面取得了极大进展，单细胞质谱分析也正在逐渐得到更多的关注。与用于分析单个细胞基因组的单细胞测序不同，单细胞质谱主要是研究单个细胞内的代谢物情况，例如化学小分子的组成、含量和代谢等等。单细胞质谱的优势在于可以高通量检测目前其它单细胞技术无法检测的小分子化合物，以及它们的代谢过程。同时，由于质谱本身的优势，不需要采取测序或者特异性抗体等外部手段，就可以精确分析检测到的化学物质信息，可以说是“物美价廉”。 不过，由于质谱技术本身的局限性，目前还无法做到类似单细胞测序那样的大规模测量。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 　　　　多学科交叉合作，开发单神经细胞质谱 /p p 　　2013年，熊伟教授结束了在美国国立卫生研究院的博士后研究工作，回国后加入了中国科学技术大学生命科学学院。在申请中组部“青年千人计划”时，熊伟教授认识了另一位中科大化学学院的“青千”黄光明教授，当时，黄光明教授课题组正在发展一种小样品(pL级别)质谱测量技术。经过多次讨论，他们决定将两个实验室的优势技术进行结合，开发单神经细胞质谱这一新技术。 /p p 　　目前质谱技术在神经科学中的应用，主要还是采用对大量组织细胞匀浆后的样品进行分析。在单细胞检测中，质谱分析因为具有高灵敏度，大的线性范围以及高通量分析化学分子的特点，逐渐被用于单细胞的细胞代谢分析。但目前的方法需要使用大量有机试剂对细胞进行处理，无法保持采样时细胞的活性 冗长的处理和分离过程也导致较慢的分析速度，无法短时间内完成大量单细胞分析 并缺乏来自同一细胞的电生理信号 最终导致单细胞代谢物的质谱分析无法大规模用于神经细胞的分析。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 　　新技术让质谱分析活体单个神经元成为现实 /p p 　　2017年1月26日，熊伟教授与黄光明教授等人在PNAS上发表了一项题为“Single-neuron identification of chemical constituents, physiological changes, and metabolism using mass spectrometry”的研究。在这项新研究中，研究团队依托电生理膜片钳以及电喷雾离子源技术建立了一种稳定的单神经元胞内组分取样和质谱组分分析技术。 /p p 　　 img title=" 神经细胞2.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201704/noimg/6e5915a4-ec84-4cb3-b4c3-d7724a1fc4d3.jpg" / /p p & nbsp /p p style=" TEXT-ALIGN: center" & nbsp 　 span style=" FONT-SIZE: 14px" 膜片钳与单细胞质谱分析联用技术分析单个神经细胞示意图 /span /p p 　　电生理膜片钳能将玻璃微电极接触并吸附在细胞膜上，高阻抗封接后将膜打穿成孔，记录膜片以外部位的全细胞膜的离子电流。而电喷雾技术主要是利用一个高压交流电使分析物被离子化然后被质谱检测，该离子源具有较强的抗干扰能力。与传统的质谱方法相比，这一新方法最大的优势是可以原位对活细胞进行取样，并且同时采集细胞位置、电生理活动以及细胞内化学成分等多方面的信息。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 　　质谱分析让神经化学研究进入单细胞水平 /p p 　　研究人员利用这一方法对小鼠海马、前额叶、杏仁核、纹状体等脑区单个神经元内的数千种化学小分子进行了快速质谱检测，并同步采集了电生理信号。 /p p 　　海马、前额叶、杏仁核、纹状体这四个核团无论是在人类还是低等动物中都非常重要，与学习、记忆和情绪等行为以及相关疾病如阿尔茨海默病、帕金森病等有着密切的联系。这些核团内的神经元种类繁多，目前国内外有多个课题组正在从单细胞测序的角度解析这些核团的神经元分类及对其功能进行鉴定。熊伟教授表示，他们对这四个核团神经元进行质谱研究，也正是想从单细胞水平全面分析这些核团神经元的代谢组学情况，以及这些代谢通路和代谢组在学习、记忆和情绪等行为及其相关疾病中的作用机制。 /p p 　　在这项研究中，研究人员主要对不同年龄段的小鼠海马、杏仁核、纹状体等脑区单个神经元中的谷氨酰胺(Gln)、谷氨酸(Glu)以及GABA等化学小分子进行定性、定量分析并对其进行神经元分类。 /p p 　　Glu和GABA是中枢神经系统两大类神经递质(兴奋性或抑制性)的代表性分子。早期人们认为一个神经元内只存在一种递质，其全部末梢只能释放同一种递质，这被称之为戴尔原则(Dale& #39 s principle)。然而随着科学技术的发展，人们逐渐认识到两种或两种以上递质(包括调质)可存在于同一神经元内，在适当的刺激下可经突触前膜共同释放。这种新的观点得到了众多电生理及免疫组化等实验的证明。然而这些证据大部分都是间接的证据，尚无直接证据表明二者的共存。这项研究首次在单细胞水平，通过质谱分析给出了二者共存于同一神经元内的直接证据。同时，研究人员还发现了一些尚未在神经系统中被发现的小分子，他们正在努力研究其作用和分子机制。 /p p 　　此外，研究还鉴定了单个神经元内谷氨酰胺的代谢路径。Gln-Glu-GABA通路是谷氨酸和GABA代谢的经典通路，尤其是谷氨酸，它不仅仅作为兴奋性神经递质存在于神经元内，还大量参与到蛋白质的合成代谢以及细胞能量供应体系中。而GABA是中枢神经系统的抑制性递质，可以防止神经细胞过度兴奋。二者与各种脑疾病都有着密切的关系，如自闭症、阿尔茨海默病、帕金森病等。该通路在大脑的发育和衰老中扮演着非常重要的角色。对单个神经元内谷氨酰胺的代谢路径的鉴定对于深入理解这条代谢通路以及与之相关的疾病机制具有重要意义。 /p p 　　这项研究首次利用化学质谱方法直接无稀释地检测单个神经元中多种神经递质、代谢物、脂质等化学小分子，对单个神经元化学成分及代谢物进行了即时分析，并将目前神经细胞成分分析的研究推向了一个活细胞及单细胞水平。这一技术在将来或许能够帮助科学家们在单细胞层次上去研究神经生物学、代谢组学、毒理学等生命科学的重大问题。 /p p 　　谈到临床应用前景时，熊伟教授的态度也十分肯定。他表示，该技术允许研究人员对血液、脑脊液等样品中的单个细胞进行质谱检测，结合相应的生物标记物，完全有可能对阿尔茨海默病、帕金森病、抑郁症等神经精神疾病的早期诊断提供帮助。 /p p 　　　熊伟教授从事神经科学研究，他认为现代神经科学研究需要技术的快速研发以及多领域多学科的交叉合作，必须发展包括显微成像、分子示踪、质谱分析、光遗传学以及转基因操作等最新的生物、物理、化学与工程材料等多学科交叉技术。熊伟教授表示，对他而言，科研不仅仅是工作，也是兴趣，尤其是对新技术的热切追求，驱动着他不断前行。熊伟教授及其研究团队也正在和中国科大的其它实验室展开合作，和不同的领域的科学家交流和分享科研心得是一种享受。 /p p 　　该项工作由中科大生命学院博士后朱洪影、生命学院博士研究生邹桂昌、王宁在熊伟教授和黄光明教授的共同指导下完成。该研究工作得到了国家自然科学基金委重大研究计划、科技部、中科院战略性先导科技专项(B类)以及国家青年千人计划等的资助。该工作还得到中国科学技术大学同步辐射实验室光电离质谱线站的仪器与技术支持。　 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" & nbsp img title=" 熊伟.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201704/noimg/2a3b00c2-8807-4156-a379-59653af1915d.jpg" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 　　熊伟 教授 /p p 　　熊伟教授是国家中组部“青年千人计划”获得者，2001年毕业于北京大学生命科学学院，获理学学士学位。2006年毕业于北京大学生命科学学院，获理学博士学位。2006至2013年，在美国国立卫生研究院(NIH)酒精滥用与酒精中毒研究所(NIAAA)做博士后研究工作。2013年3月加入中国科学技术大学生命科学学院。中科院脑科学与智能技术卓越创新中心骨干成员。中科大神经退行性疾病研究中心暨脑资源库核心成员。长期从事与神经化学、药理学、小分子药物研发相关的神经科学研究，运用多种先进的实验技术从分子、细胞水平、到动物行为进行了深入系统的研究，并取得了系列重要成果。研究工作发表在Nature Neuroscience, Nature Chemical Biology, Journal of Experimental Medicine, PNAS, Journal of Neuroscience, Molecular Pharmacology等国际学术期刊上。获得过多项国家级基金资助。 /p

p style=" text-align: center " img title=" 1.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/0bb94937-6370-4e0c-8471-e1a4f208f43b.jpg" / /p p 　　采访嘉宾：熊伟 (中国科学技术大学生命科学学院教授，博士生导师) /p p 　　世界上没有两片完全相同的叶子，细胞也是。然而，科学家们在进行现代生物学研究时，大多时候都考察的是细胞群体，而忽略了细胞异质性。 /p p 　　就拿神经细胞来说，大脑中有亿万个神经细胞，这些神经细胞在细胞形态，突触连结，细胞结构，电生理以及生理功能上具有高度的多样性。不同种类的神经细胞中，其基因组、蛋白组、化学分子组成、含量、代谢也都有着很大的差别。在直径不到1毫米的一个很小的脑区，可能就存在几十种甚至上百种完全不同的神经元以及胶质细胞类型。甚至很多情况下，即使物理距离上相邻的两个神经元也可能是两个不同的神经元类型。因此，对脑内单个神经元的基因组、蛋白质组以及代谢组进行分析，具有重要的生物学价值。 /p p 　　单细胞技术在近年发展非常迅速，比如单细胞测序，已经广泛应用于各种生命学科的研究。2014年1月Nature Methods上发表的年度特别报道，将“单细胞测序”(Singled out for sequencing)的应用列为2013年度最重要的方法学进展。 /p p 　　单细胞技术不仅在测序方面取得了极大进展，单细胞质谱分析也正在逐渐得到更多的关注。与用于分析单个细胞基因组的单细胞测序不同，单细胞质谱主要是研究单个细胞内的代谢物情况，例如化学小分子的组成、含量和代谢等等。单细胞质谱的优势在于可以高通量检测目前其它单细胞技术无法检测的小分子化合物，以及它们的代谢过程。同时，由于质谱本身的优势，不需要采取测序或者特异性抗体等外部手段，就可以精确分析检测到的化学物质信息，可以说是“物美价廉”。 不过，由于质谱技术本身的局限性，目前还无法做到类似单细胞测序那样的大规模测量。 /p p 　　 strong 1. 多学科交叉合作，开发单神经细胞质谱 /strong /p p 　　2013年，熊伟教授结束了在美国国立卫生研究院的博士后研究工作，回国后加入了中国科学技术大学生命科学学院。在申请中组部“青年千人计划”时，熊伟教授认识了另一位中科大化学学院的“青千”黄光明教授，当时，黄光明教授课题组正在发展一种小样品(pL级别)质谱测量技术。经过多次讨论，他们决定将两个实验室的优势技术进行结合，开发单神经细胞质谱这一新技术。 /p p 　　目前质谱技术在神经科学中的应用，主要还是采用对大量组织细胞匀浆后的样品进行分析。在单细胞检测中，质谱分析因为具有高灵敏度，大的线性范围以及高通量分析化学分子的特点，逐渐被用于单细胞的细胞代谢分析。但目前的方法需要使用大量有机试剂对细胞进行处理，无法保持采样时细胞的活性 冗长的处理和分离过程也导致较慢的分析速度，无法短时间内完成大量单细胞分析 并缺乏来自同一细胞的电生理信号 最终导致单细胞代谢物的质谱分析无法大规模用于神经细胞的分析。 /p p 　　 strong 2. 新技术让质谱分析活体单个神经元成为现实 /strong /p p 　　2017年1月26日，熊伟教授与黄光明教授等人在PNAS上发表了一项题为“Single-neuron identification of chemical constituents, physiological changes, and metabolism using mass spectrometry”的研究。在这项新研究中，研究团队依托电生理膜片钳以及电喷雾离子源技术建立了一种稳定的单神经元胞内组分取样和质谱组分分析技术。 /p p style=" text-align: center " img title=" 2.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/705ccfee-dabe-4de5-8fa8-1bde4c73181d.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 膜片钳与单细胞质谱分析联用技术分析单个神经细胞示意图 /strong /p p 　　电生理膜片钳能将玻璃微电极接触并吸附在细胞膜上，高阻抗封接后将膜打穿成孔，记录膜片以外部位的全细胞膜的离子电流。而电喷雾技术主要是利用一个高压交流电使分析物被离子化然后被质谱检测，该离子源具有较强的抗干扰能力。与传统的质谱方法相比，这一新方法最大的优势是可以原位对活细胞进行取样，并且同时采集细胞位置、电生理活动以及细胞内化学成分等多方面的信息。 /p p 　　 strong 3. 质谱分析让神经化学研究进入单细胞水平 /strong /p p 　　研究人员利用这一方法对小鼠海马、前额叶、杏仁核、纹状体等脑区单个神经元内的数千种化学小分子进行了快速质谱检测，并同步采集了电生理信号。 /p p 　　海马、前额叶、杏仁核、纹状体这四个核团无论是在人类还是低等动物中都非常重要，与学习、记忆和情绪等行为以及相关疾病如阿尔茨海默病、帕金森病等有着密切的联系。这些核团内的神经元种类繁多，目前国内外有多个课题组正在从单细胞测序的角度解析这些核团的神经元分类及对其功能进行鉴定。熊伟教授表示，他们对这四个核团神经元进行质谱研究，也正是想从单细胞水平全面分析这些核团神经元的代谢组学情况，以及这些代谢通路和代谢组在学习、记忆和情绪等行为及其相关疾病中的作用机制。 /p p 　　在这项研究中，研究人员主要对不同年龄段的小鼠海马、杏仁核、纹状体等脑区单个神经元中的谷氨酰胺(Gln)、谷氨酸(Glu)以及GABA等化学小分子进行定性、定量分析并对其进行神经元分类。 /p p 　　Glu和GABA是中枢神经系统两大类神经递质(兴奋性或抑制性)的代表性分子。早期人们认为一个神经元内只存在一种递质，其全部末梢只能释放同一种递质，这被称之为戴尔原则(Dale& #39 s principle)。然而随着科学技术的发展，人们逐渐认识到两种或两种以上递质(包括调质)可存在于同一神经元内，在适当的刺激下可经突触前膜共同释放。这种新的观点得到了众多电生理及免疫组化等实验的证明。然而这些证据大部分都是间接的证据，尚无直接证据表明二者的共存。这项研究首次在单细胞水平，通过质谱分析给出了二者共存于同一神经元内的直接证据。同时，研究人员还发现了一些尚未在神经系统中被发现的小分子，他们正在努力研究其作用和分子机制。 /p p 　　此外，研究还鉴定了单个神经元内谷氨酰胺的代谢路径。Gln-Glu-GABA通路是谷氨酸和GABA代谢的经典通路，尤其是谷氨酸，它不仅仅作为兴奋性神经递质存在于神经元内，还大量参与到蛋白质的合成代谢以及细胞能量供应体系中。而GABA是中枢神经系统的抑制性递质，可以防止神经细胞过度兴奋。二者与各种脑疾病都有着密切的关系，如自闭症、阿尔茨海默病、帕金森病等。该通路在大脑的发育和衰老中扮演着非常重要的角色。对单个神经元内谷氨酰胺的代谢路径的鉴定对于深入理解这条代谢通路以及与之相关的疾病机制具有重要意义。 /p p 　　这项研究首次利用化学质谱方法直接无稀释地检测单个神经元中多种神经递质、代谢物、脂质等化学小分子，对单个神经元化学成分及代谢物进行了即时分析，并将目前神经细胞成分分析的研究推向了一个活细胞及单细胞水平。这一技术在将来或许能够帮助科学家们在单细胞层次上去研究神经生物学、代谢组学、毒理学等生命科学的重大问题。 /p p 　　谈到临床应用前景时，熊伟教授的态度也十分肯定。他表示，该技术允许研究人员对血液、脑脊液等样品中的单个细胞进行质谱检测，结合相应的生物标记物，完全有可能对阿尔茨海默病、帕金森病、抑郁症等神经精神疾病的早期诊断提供帮助。 /p p 　　 strong 4. 后记 /strong /p p 　　熊伟教授从事神经科学研究，他认为现代神经科学研究需要技术的快速研发以及多领域多学科的交叉合作，必须发展包括显微成像、分子示踪、质谱分析、光遗传学以及转基因操作等最新的生物、物理、化学与工程材料等多学科交叉技术。熊伟教授表示，对他而言，科研不仅仅是工作，也是兴趣，尤其是对新技术的热切追求，驱动着他不断前行。熊伟教授及其研究团队也正在和中国科大的其它实验室展开合作，和不同的领域的科学家交流和分享科研心得是一种享受。 /p p 　　 strong 关于研究人员 /strong /p p 　　该项工作由中科大生命学院博士后朱洪影、生命学院博士研究生邹桂昌、王宁在熊伟教授和黄光明教授的共同指导下完成。该研究工作得到了国家自然科学基金委重大研究计划、科技部、中科院战略性先导科技专项(B类)以及国家青年千人计划等的资助。该工作还得到中国科学技术大学同步辐射实验室光电离质谱线站的仪器与技术支持。 /p p 　　 strong 关于熊伟教授 /strong /p p style=" text-align: center " img title=" 3.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/feba38ed-9bd1-4fc4-9016-bb72aef280df.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 熊伟 教授 /strong /p p 　　国家中组部“青年千人计划”获得者，2001年毕业于北京大学生命科学学院，获理学学士学位。2006年毕业于北京大学生命科学学院，获理学博士学位。2006至2013年，在美国国立卫生研究院(NIH)酒精滥用与酒精中毒研究所(NIAAA)做博士后研究工作。2013年3月加入中国科学技术大学生命科学学院。中科院脑科学与智能技术卓越创新中心骨干成员。中科大神经退行性疾病研究中心暨脑资源库核心成员。长期从事与神经化学、药理学、小分子药物研发相关的神经科学研究，运用多种先进的实验技术从分子、细胞水平、到动物行为进行了深入系统的研究，并取得了系列重要成果。研究工作发表在Nature Neuroscience, Nature Chemical Biology, Journal of Experimental Medicine, PNAS, Journal of Neuroscience, Molecular Pharmacology等国际学术期刊上。获得过多项国家级基金资助。 /p p 　　 strong 参考文献： /strong /p p 　　Single-neuron identification of chemical constituents, physiological changes, and metabolism using mass spectrometry /p p & nbsp /p

大脑的神经回路是极其复杂的网络，包含数十亿个神经元细胞，这些细胞间又存在着数以百亿计的连接。如果只了解其中单个分子或单个神经细胞的工作机理而不了解多个神经元细胞之间连接之后的网络结构和集体行为方式，则无法理解大脑复杂且高等的功能行为，也无法解释很多脑部疾病的致病机理。目前成像技术众多，但仍然缺乏可在亚细胞神经元突起水平上描绘出单个脑组织中所有细胞以及神经投射图谱的方法。构建出一种能快速绘制神经网络联接图谱，展现全细胞细节并与电子显微成像相关联以发挥二者优势的光学成像技术，对了解大脑的工作机制和相关疾病机理具有重大意义。　　近期，中国科学院苏州生物医学工程技术研究所张若冰课题组提出一种光学多层干涉断层成像方法Optical Multilayer Interference Tomography（OMLIT）。科研人员发现，原本仅用于收集超薄切片的卷带以及为电镜成像提供导电性的导电镀层在光学显微镜下可发挥独特作用：光经过层与层之间的反射与干涉后到达物镜，获得对比度增强的图像。OMLIT在此基础上，通过测试收集超薄切片时所使用的卷带材料、镀层材料、镀层厚度、超薄切片厚度等因素，找到一种在光学分辨率下获取满足介观尺度下要求的图像的条件。　　这种成像方法另外的优势在于快速高效准确。相较于电子显微镜成像所需的3.5小时，OMLIT最快可在12分钟内获得神经突触水平下的小鼠皮层三维结构数据集（0.95×1.15×0.027mm3），并可区分和重建所有神经元和神经胶质细胞的形态以及空间位置，以及毛细血管和神经突触的交织网络。使用扫描电镜验证OMLIT的成像与三维重建精度，展示了两种成像方法之间的兼容性。科研人员认为，未来可将长程神经投射图谱与单个脑组织中全细胞的局部回路的互补突触级细节合并，提高大尺度脑图谱的成像通量。　　相关成果发表在ACS Photonics上。　　论文链接

前言骆清铭院士和龚辉教授带领MOST团队发明的显微光学切片断层成像系列技术（MOST/fMOST）作为介观尺度最精准的三维完整器官成像技术，已在神经机制、脑疾病、心脑血管疾病以及药理毒理等科学前沿领域研究中发挥重要作用，并带动了相关标记技术和大数据处理和解析技术的发展。 文章题目：Single-neuron projectomes of mouse paraventricular hypothalamic nucleus oxytocin neurons reveal mutually exclusive projection patterns发表时间：2024年1月29日发表期刊： Neuron研究团队：北京大学生命科学学院黎胡明珠、华中科技大学苏州脑空间信息研究院江涛是论文的共同第一作者；北京大学于翔教授、华中科技大学李安安教授、西湖实验室边文杰研究员为论文的共同通讯作者 催产素是九个氨基酸组成的环状神经肽，由大脑中的神经细胞合成、分泌。其最早被报道的作用是促进分娩和泌乳，主要由垂体分泌至外周循环的催产素完成。进一步研究发现催产素还参与维持机体代谢平衡和内稳态，并调控社交行为、学习与记忆、奖赏等复杂行为。关于催产素的研究已经持续百年，但其多样功能的结构基础仍不清楚。一个关键问题是，催产素神经元如何将催产素分泌至各个脑区及外周组织，从而实现特定功能的调控。前人研究表明大脑中产生催产素的神经元主要分布在14个脑区中，其中下丘脑室旁核（paraventricular hypothalamic nucleus, PVH）拥有数量最多且投射最为复杂的催产素神经元。因此，对于室旁核催产素神经元投射的形态解析对理解其功能多样性至关重要。室旁核包含两类传统方法定义的催产素神经元类群：大细胞催产素神经元被认为拥有复杂的轴突结构并参与中枢和外周的调控，小细胞催产素神经元主要参与中枢自主神经调控（图1）。然而群体示踪的方法无法精细区分两类神经元的投射图谱，也无法揭示每一类群中是否存在进一步的功能与形态异质性。系统性重构单神经元形态为解答这一问题提供了可能。 2024年1月29日北京大学于翔团队与合作者在 Neuron 期刊发表了题为“Single-neuron projectomes of mouse paraventricular hypothalamic nucleus oxytocin neurons reveal mutually exclusive projection patterns”的研究论文，在单细胞水平揭示了下丘脑室旁核催产素神经元的完整形态。中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心与上海科技大学联合培养，目前就职于北京大学生科院的黎胡明珠博士为第一作者。 图1：（左）根据传统分类与群体示踪的大细胞催产素神经元（magnocellular）与小细胞催产素神经元（parvocellular）分类。（右）基于系统性重构单神经元形态提出的室旁核催产素神经元C1与C2分类 该研究首先构建了病毒载体rAAV-EF1α-DIO-YPet-p2A-mGFP，在Oxytocin-ires-Cre小鼠中实现了室旁核催产素神经元的稀疏高亮标记。通过荧光显微光学切片断层成像（fluorescence micro-optical sectioning tomography, fMOST）对稀疏标记样本进行全脑成像，用Fast Neurite Tracer进行形态追踪，重构了264个室旁核催产素神经元的完整三维形态，从而绘制了亚微米分辨率下的单神经元全脑投射图谱。进一步通过层级聚类和投射靶点相关性分析，揭示室旁核催产素神经元包含两类投射模式互斥的类群。其中，C1类包括177个神经元，轴突较短且终止于正中隆起（连接下丘脑与垂体的脑区），仅有少量分支分布于下丘脑区域，且对其他脑区几乎没有投射（图2，红色）；C2类包括87个神经元，其轴突广泛投射至除正中隆起之外的两百余个脑区，涵盖新皮质、嗅区、海马结构、皮质板下层、纹状体、苍白球、丘脑、下丘脑、中脑、脑干、脑桥、延髓、小脑和纤维束（图2，绿色）。每一类群又可进一步分为投射模式不同的三个亚类。此外，还发现室旁核催产素神经元，特别是C2类神经元的树突形态复杂并可延伸至室旁核以外，而C1类神经元的树突则较简单且分布在胞体附近，两类神经元胞体位置有一定偏好，并具有独特的转录特征与分子标志。 图2：小鼠下丘脑室旁核催产素神经元根据单神经元投射图谱可分为C1类（红色）和C2类（绿色）。 C1类和C2类神经元及其亚类在投射模式上的高度异质性，表明各亚类神经元可能分别执行了催产素的不同生理功能：（1）正中隆起—垂体后叶是催产素向外周分泌的重要途径，因此C1类神经元应主要负责通过神经内分泌调控外周生理活动，同时其在下丘脑的投射分支可能参与中枢自主神经调控；（2）C2类1亚型（C2-1）神经元投射至脑干多个区域，可能参与自主神经调控、介导躯体感觉以及伤痛感觉的调控；（3）C2-2 和 C2-3亚型神经元拥有复杂且精细轴突分支，全脑广泛投射，除了涵盖C2-1亚型神经元的功能之外，很可能介导社会识别、亲社会行为、学习与记忆、奖赏行为及厌恶行为等高级脑功能；（4）脑室周围存在C2类神经元轴突分布，提示其分泌的催产素可能是脑脊液中催产素的重要来源之一；（5）对催产素神经元树突的重构发现其分支延伸至室旁核周围核团中，可能具有整合信号输入及通过催产素的树突释放调控周围脑区的作用（图3）。 图3：(A, B) 室旁核催产素神经元各亚类的单神经元投射图谱。(C) C1类与C2类神经元具有截然不同的投射模式。(D) C2类神经元轴突投射至脑室附近区域。 综上，该研究对室旁核催产素神经元进行全方位的、单细胞精度的胞体、树突和轴突形态学分析，为进一步理解催产素神经元调控复杂生理功能提供了详实的结构基础。两类神经元分子标记物的鉴定，为后续特异性的分子、环路操作和功能探索奠定了基础。该项工作从单细胞水平，更新了人们长久以来对于室旁核催产素神经元形态结构的认知，并将为后续研究提供重要的参考。 该研究工作是多团队联合攻关的成果。中科院脑科学与智能技术卓越创新中心和上海科技大学博士毕业生，现北京大学生命科学学院研究助理黎胡明珠是该论文的第一作者。华中科技大学苏州脑空间信息研究院江涛是论文的共同第一作者。北京大学于翔教授、华中科技大学李安安教授、西湖实验室边文杰研究员为论文的共同通讯作者。华中科技大学骆清铭、龚辉与李安安团队，中科院遗传与发育研究所吴青峰课题组，中科院脑科学与智能技术卓越创新中心严军与许晓鸿课题组及全脑介观神经联接图谱平台中心对该研究做出了重要贡献。 原文链接：https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(23)01010-3

近日，中国科学技术大学化学与材料科学学院黄光明教授与生命科学学院熊伟教授开展紧密合作，基于自行开发的单细胞电生理与质谱联合检测平台，对小鼠大脑中单个神经元开展了多种化学成分的快速质谱检测，并且可以做到同步采集电生理信号，在单细胞层次上成功完成了对神经元功能、代谢物组成及其代谢通路的研究。相关研究成果以“Single-Neuron Identification Of Chemical Constituents,Physiological Changes, And Metabolism Using Mass Spectrometry”为题，于2月21日在线发表在国际权威综合学术期刊《美国科学院院报》(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, PNAS)上。　　脑内神经细胞在细胞形态、突触连结、细胞结构、电生理以及生理功能上具有高度的多样性。不同种类的神经细胞中，其化学分子组成、含量、代谢也都有着很大的差别。因此，对脑内单个神经元的化学成分进行分析，具有重要的生物学价值。质谱分析因为具有高灵敏度、大的线性范围以及高通量分析化学分子的特点，逐渐被用于单细胞的细胞代谢分析。但目前的方法需要使用大量有机试剂对细胞进行处理，无法保持采样时细胞的活性 冗长的处理和分离过程也导致较慢的分析速度，无法短时间内完成大量单细胞分析，并缺乏来自同一细胞的电生理信号，最终导致单细胞代谢物的质谱分析无法大规模用于神经细胞的分析。近年来，中国科大黄光明教授实验室与熊伟教授实验室紧密合作，开发了能用于复杂样品的原位质谱分析方法，大大提高了分析速度，并于近期实现了针对细胞内蛋白质的直接分析(Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50:2503 Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50:9907 Anal. Chem. 2016,88:10860)，同时通过电生理膜片钳技术开展了对小鼠脑内单个神经元的功能鉴定与解析(Nat. Chem. Biol., 2011 J. Exp. Med., 2012 Nat. Neurosci., 2014)。这些研究为实现单个神经细胞的高通量质谱分析、代谢物鉴定和代谢通路研究提供了重要的工作基础。膜片钳与单细胞质谱分析联用技术分析单个神经细胞示意图　　该工作实现了单个神经元化学成分及代谢物的即时分析，该技术将目前神经细胞成分分析的研究推向了一个活细胞及单细胞水平，有望在单细胞层次上去研究神经生物学、代谢组学、毒理学等生命科学的重大问题，具有非常重要的应用前景。　　中国科大生命学院与化学院联合培养博士后朱洪影、生命学院博士研究生邹桂昌、王宁为该文章的共同第一作者，黄光明教授和熊伟教授为共同通讯作者。该研究工作得到了科技部、国家自然科学基金委、中科院先导专项以及国家青年千人计划等资助，以及中国科大国家同步辐射实验室光电离质谱线站的仪器与技术支持。

2008年4月15日，LOGAN,美国犹他州——服务科学，世界领先的赛默飞世尔科技宣布,已经开发出用于分化三种重要的干细胞系的细胞培养试剂盒。该试剂盒将Thermo Scientific AdvanceSTEM 神经分化试剂盒与从细胞工程技术（Cellular Engineering Technologies, CET）获得的人源骨髓间质干细胞（Human Bone Marrow Mesenchymal），脂肪衍生的间质干细胞（Adipose-derived Mesenchymal Stem Cells）以及多能脐带血无限制成体干细胞（Multipotent Cord Blood Unrestricted Somatic Stem Cells）结合在一起，一个可高效研究神经元分化的有效工具也由此诞生。 AdvanceSTEM神经分化试剂盒是专门用于支持这些干细胞分化成神经细胞的，分化后的神经细胞被用于研究多种包括帕金森病在内的神经退行性疾病。该试剂盒包括包含有特异生长因子的细胞生长培养基以及细胞生长添加剂，该生长因子能够促使干细胞分化。在加入到需要分化的干细胞之前仅需要将培养基及添加剂混合即可。 Thermo Fisher Scientific生物处理产品研究市场经理Alain Fairbank如是说：“由于具有分化的潜能， MCBUSSCs显示了可以用于研究帕金森病及其它神经退行性疾病的可能，Thermo Fisher Scientific已经测试过这些干细胞，因此可以提阿高研究者的工作效率。每一个系统都用流式细胞仪进行了分析并且确保纯度95%，通过使用此分化试剂盒，我们相信科学家能够更快更简单的分化出神经细胞。” 通过与CET达成的协议，Thermo Fisher Scientific已经在全世界经销并运输干细胞系并且作为一个补充的产品也提供分化试剂盒。该新产品使Thermo Scientific HyClone AdvanceSTEM的范围从细胞营养产品扩展到干细胞研究的领域。 AdvanceSTEM分化试剂盒以及CET细胞是Thermo Scientific Stem Cell Excellence业务的一部分，该业务是一种首尾相连的工作流程，将重要的仪器，设备，消耗品，试剂以及培养基，服务和软件按照干细胞实验室的需求进行整合。更多信息可以从 http://www.thermo.com/stemcell获得。 关于赛默飞世尔科技公司(Thermo Fisher Scientific，原“热电”公司) Thermo Fisher Scientific（赛默飞世尔科技）（纽约证交所代码：TMO）是全球科学服务领域的领导者，致力于帮助客户使世界更健康、更清洁、更安全。公司年销售额超过100亿美元，拥有员工约33000人，在全球范围内服务超过350000家客户。主要客户类型包括：医药和生物公司，医院和临床诊断实验室，大学、科研院所和政府机构，以及环境与工业过程控制装备制造商等。公司借助于Thermo Scientific和Fisher Scientific这两个主要的品牌，帮助客户解决在分析化学领域从常规的测试到复杂的研发项目中所遇到的各种挑战。Thermo Scientific能够为客户提供一整套包括高端分析仪器、实验室装备、软件、服务、耗材和试剂在内的实验室综合解决方案。Fisher Scientific为卫生保健，科学研究，以及安全和教育领域的客户提供一系列的实验室装备、化学药品以及其他用品和服务。赛默飞世尔科技将努力为客户提供最为便捷的采购方案，为科研的飞速发展不断地改进工艺技术，提升客户价值，帮助股东提高收益，为员工创造良好的发展空间。欲了解更多信息，请登陆：http://www.thermofisher.com/

新型芯片复制神经肌肉接头有助于为神经肌病测试药物麻省理工学院（MIT）工程师们开发出一种复制神经肌肉接头（神经和肌肉之间至关重要的连接）的微流控设备（microfluidic device）。该设备约有25美分硬币大小，包含单个肌条和一小组运动神经元。研究人员能够在逼真（现实）的三维基质中影响和观察两者之间的相互作用。研究人员对该设备中的神经元进行基因改造，使其对光照做出反应。通过将光照之间投射到（这些）神经元上，他们能够精确刺激这些细胞，发送信号激发肌肉纤维。研究人员还测量了设备内肌肉在被激发后抽搐或收缩的力量。该研究结果2016年8月3日在线发表于《Science Advances》期刊，可能帮助科学家们理解并识别药物以治疗肌萎缩侧索硬化（ALS，即卢伽雷氏症）和其他神经肌肉相关疾病。“神经肌肉接头涉及许多失能性疾病，其中有些是残酷而致命的，还有很多尚未被发现”领导该研究的MIT机械工程系研究生Sebastien Uzel说，“我们希望能够在体外形成神经肌肉接头，从而帮助我们理解某些疾病活动”。Sebastien Uzel现在是哈佛大学Wyss研究所博士后。自1970年代以来，科学家们已经提出了大量方法在实验室中模拟神经肌肉接头。大部分这些实验涉及在培养皿或小玻璃基板上生长肌肉和神经细胞。但这样的环境与（动物）体内状态相去甚远，在动物体内，肌肉和神经细胞存活于复杂的三维环境中，并且通常距离较远。“想想长颈鹿”Uzel说，“脊髓神经元所发出的轴突需要跨越非常大的距离才能与腿部肌肉连接。”为了在体外重建更逼真的神经肌肉接头，Uzel和同事们构造了一种微流控设备，该设备具有两个重要特性：1. 三维环境；2. 隔离肌肉和神经的隔间，从而模拟两者在人体内的自然分离状态。研究人员将肌肉和神经元细胞悬浮于隔间中，然后充满凝胶以模拟三维环境。为了生长肌肉纤维，研究团队使用了获得自小鼠的肌肉前体细胞，随后将其分化成肌肉细胞。他们将细胞注入微流控隔间，细胞会在隔间内生长并融合形成单个肌条。同样的，他们从干细胞分化出运动神经元，然后将所获得的神经细胞聚合体放置在第二个隔间中。在分化两种细胞之前，研究人员使用光遗传学（optogenetics）技术对神经细胞进行了基因改造。该研究共同作者、MIT机械和生物工程Cecil and Ida Green特聘教授Roger Kamm说：光“能够让你精确控制你想要激活的细胞”。在这样的狭小空间里，电极无法实现这一点。最后，研究人员为该设备添加了另一个特性：力传感。为了测量肌肉收缩，他们在肌肉细胞隔间内构造了两个微小的弹性支柱，位于肌肉纤维周围并能够被生长的肌肉纤维所包裹。随着肌肉收缩，支柱会被挤压在一起，形成位移，研究人员能够测量这些位移并转换为机械力。在测试该设备的实验中，Uzel和同事们首次观察到神经元在三维区域内向肌肉纤维伸展轴突。在观察到轴突建立连接时，他们用微小的蓝光激射刺激神经元，并立即观察到肌肉收缩。“发射闪光，就能观察到抽搐”Kamm说道。根据这些实验，Kamm说，这种微流控设备可能作为神经肌病药物测试卓有成效的试验场，甚至可以根据个体患者进行定制。“你可能从ALS患者获得多能细胞，将它们分化成肌肉和神经细胞，并且为特定患者制造整个系统”Kamm说，“然后你能够根据需要多次复制，同时测试不同的药物或疗法的组合，查看哪种疗法能够最有效地改善神经和肌肉之间的连接。”另一方面，他说，该设备在“建模操作协议（modeling exercise protocols）”中可能是有用的。例如，通过以不同的频率刺激肌肉纤维，科学家们能够研究重复压力如何影响肌肉的性能。“现在，随着所有这些新型微流控方法的开发，你能够开始建立神经元和肌肉的更复杂的模型”Kamm说，“神经肌肉接头是另一个现在可以被纳入测试模式的单位”。

利用ImageXpress Micro进行长时间活细胞成像和心肌细胞功能评价 活细胞成像技术是最近几年兴起的一项技术，能够在细胞接近生理的状态下观察细胞形态改变和蛋白的表达，该技术能够避免传统采用固定细胞或组织的研究方法中，固定细胞过程中造成的细胞形态的改变和结构改变，能够更加真实的反映出细胞的特性，因而广受推崇。MD ImageXpress Micro高内涵系统具有多种特性能够进行长达数天的活细胞的观察，同时，由于采用著名的MD软件产品MetaMorph为基础的MetaXpress高内涵分析软件，具有极高的灵活性和扩展能力，除活细胞成像之外还能够能够对某些细胞（如心肌细胞）的生理药理特性进行评价。 神经细胞长时间成像 神经细胞是公认的较为敏感和脆弱的细胞，对于外界环境较为敏感。对于活的神经细胞的长时间培养和观察具有较大困难。采用ImageXpress Micro系统能够实现神经细胞的长时间观察培养。方法：从新生大鼠大脑海马获得约1立方毫米大小组织块。移入含有0.25%胰酶的离心管中37℃，5%CO2 孵育箱内消化20～30 min。加入含胎牛血清的培养液终止消化，离心重悬细胞，按0.6× 105/ml 铺于96 孔板中。24 h 后换为NeurolbasalMedium/B27 无血清培养液，以后每2~3 d 半量换液1 次。7 d 后获得原代神经细胞。 图像获取： 将样品放入有环境控制功能的MD ImageXpress Micro高内涵系统内，采用激光自动聚焦进行样品聚焦，在10X物镜下每隔5分钟进行一次相差图像拍摄，结果如下： 小结： ImageXpress Micro采用的环境控制系统能够维持细胞所需的温度、湿度和CO2条件，其中温度为细胞的酶活性提供了温度保障，确保细胞的生理机能，湿度维持能够保证细胞外液不会蒸发，避免了胞外渗透压的升高造成的细胞脱水，CO2能够维持细胞外液的pH值。 除了维持细胞的生存环境外，在进行敏感、脆弱细胞（如神经细胞）的长时间观察过程中，最为重要的是减小对细胞的刺激，尽可能的保持细胞的活性。ImageXpress Micro采用激光自动聚焦技术，在聚焦的过程中，细胞无需受到光照，这样就避免了细胞内的光化学反应和光照升温，能够很好的维持细胞的活性状态。因此，在长时间活细胞的观察过程中，以上两点不可或缺。心肌干细胞细胞的功能评价 ImageXpress Micro采用的软件系统功能强大，具有无限的扩展功能。因此，除了能够实现活细胞的长时间观察和细胞的形态、蛋白表达等分析，ImageXpress Micro还能够实现细胞功能学的评价。 干细胞研究是目前生物学研究的热点，采用人类的干细胞（如心肌干细胞）能够加快研究的速度，同时还能够真实反映人体细胞的功能，还能加快药物进入临床的速度。iPS来源的心肌细胞因其表达的离子通道、自发节律特性、与原代心肌细胞特性相似的特性尤其引人注目，通过该细胞可以进行心肌细胞特性的研究，并能缩短药物筛选的时间与临床前实验的周期。 方法： 采用Cellular Dynamics公司的iPS来源的心肌细胞，将其铺于96孔板，并在培养液中孵育2-7天，以Calcein AM孵育10分钟，将培养液弃去后，加入不同浓度的激动剂和抑制剂。 图像获取和结果： 心肌细胞的成熟状况要通过细胞自发的节律性收缩来进行判定。细胞的节律性收缩可以通过电生理的方法进行检测。但是电生理的方法相对较复杂，因此我们采用荧光图像的自动分析来取代。 首先采用延时拍摄或实时拍摄的方法我们可以获得细胞节律性收缩的一组图像，MetaXpress对心肌细胞跳动进行自动分析 图3. 将获得的心肌细胞跳动的一组图像生成图像堆栈，采用Journal扩展获得的功能模块自动分析相邻两个时间点图像的差别，一次来判定心肌细胞的跳动频率和幅度，采用功能模块中的计数器自动计算心肌跳动的频率和幅度。在Journal扩展的功能模块中以上功能自动完成，并直接报告心肌细胞跳动频率和幅度信息。 心肌跳动模式检测 我们采用经典阳性药物异丙肾上腺素、肾上腺素、咖啡因作为刺激剂，用已知的心肌细胞抑制剂乙酰胆碱来进行心肌跳动模式的检测和心肌跳动分析模块的功能。 图4：肾上腺素作用10分钟后，用ImageXpress Micro酶300ms拍摄一次，共拍摄15秒获得的一组图像分析获得的心肌细胞跳动的频率和幅度。 四种药物不同浓度作用下心肌细胞跳动频率的变化。细胞自发跳动节律各有不同，通常为20-40次/分钟。给药后的5-60分钟内，心肌跳动频率稳定，因此以上均为给药后10分钟检测结果。 小结：ImageXpress Micro采用的高度灵活的系统能够对心肌细胞进行自动成像，其采用的MetaXpress软件具有极高的灵活性，其具有的Journal功能能够根据图像和实验要求进行随意的扩展，除了进行心肌细胞生理学评价之外，还能进行超过1000个功能的扩展。

斯坦福大学的著名学者Stephen Quake及其同事本周在《美国科学院院刊》(PNAS)上发表文章，介绍了人类脑细胞的单细胞转录组测序研究成果。 　　研究小组对近500个成人或胎儿脑细胞进行了单细胞RNA测序。利用这种方法，他们能够鉴定出大脑中所有主要的细胞类型，并确定神经元的亚型。他们还观察了神经元从早期发育到后期分化阶段的变化。 　　&ldquo 这些结果为构建人类大脑的细胞图谱奠定了基础，&rdquo 作者在文中写道。&ldquo 这种图谱将有助于我们确定神经元、胶质细胞和血管细胞的特定标志物，并将其与其他信息相关联，以便完全阐明人类大脑的细胞复杂性。&rdquo 　　人类大脑是极其复杂的。它含有许多种类的细胞，它们的基因表达模式存在差异。因标志物相对较少，传统的细胞分类方法存在限制，因此只能提供特定细胞类型的有限分子鉴定。 　　在这项研究中，研究人员使用了健康的神经元。它们是在癫痫的外科手术治疗过程中从人体中取得的。除了从8名成人中获得的样本，研究人员也研究了4个胎儿大脑样本中的细胞。他们总共对466个细胞进行单细胞RNA测序，以捕获成人和胎儿大脑中的细胞复杂性。 　　这些细胞的转录特征确定了10种类型的细胞，包括小神经胶质细胞、星形胶质细胞、少突胶质细胞、神经元、前体细胞，以及之前没有明确定义的细胞。同时，当研究人员通过特异表达的基因来分类细胞时，细胞的分类稍微少了一些。 　　在更精细的水平上，研究人员发现113个成体神经元细胞可分成7个子类，包括5类抑制性神经元和2类兴奋性神经元。 　　最后，研究人员还利用单细胞转录组学来区分小鼠和人类脑细胞的基因表达特征，以及区分成体神经元和胎儿大脑中新生的神经细胞的转录模式。例如，单个神经元的转录模式表明，胎儿大脑中的神经元细胞明显不同于成人大脑中的那些。 　　另一方面，一些成体神经元表达了主要组织相容性复合体I类的免疫相关基因，这些神经元因此可能有能力引起免疫应答，驳斥了神经元缺乏免疫活性的观点。 　　作者认为，这项工作证明了单细胞RNA测序适用于人类大脑的研究，也向构建人类大脑的全面细胞图谱迈出了第一步。

诱导多功能干细胞（iPS 细胞）能够发育成各种组织和器官，但部分 iPS 细胞存在癌变风险，这给它在医疗领域的广泛应用蒙上了阴影。 现在，京都大学 iPS 细胞研究所（CiRA）教授山中伸弥（Shinya Yamanaka）率领的研究小组发现了一种新方法，能鉴定 iPS 细胞的质量，有助选出适用的 iPS 细胞。 研究恶意在新一期美国《国家科学院学报》（PNAS）网络版上报告说，他们在利用人类 iPS 细胞培育神经细胞时，发现多数 iPS 细胞能够发育成为神经细胞，但也有一部分 iPS 细胞质量较差，没有发育为神经细胞。另外，如果将这些质量差的 iPS 细胞移植到实验鼠脑内，会导致肿瘤。 研究小组分析了这些质量差的 iPS 细胞的基因，结果发现有 3 个基因的活动特征比较一致。因此他们认为，这3个基因可以用作判断 iPS 细胞质量的指标。 由于 iPS 细胞今后很可能在医疗上广泛用于培育各种组织和器官，研究人员表示，如果能在很早的阶段就鉴别出细胞质量，就可以只使用质量好的 iPS 细胞培育组织和器官，这不仅有利于提高器官移植的安全性，还有助降低成本。

人体内有各种各样各司其职的细胞，白细胞、淋巴细胞保护我们免受细菌及病毒的侵害，红细胞携带氧气，血小板可以凝血… … 除了这些，人体内还有一种细胞功能更复杂，那就是有“万-能细胞”之称的干细胞。要知道，人体内的细胞都是有寿命的，例如红细胞一般有120天左右的寿命，120天后全新的红细胞就会代替那些老去的红细胞。那么，新的红细胞从何而来？其实，新的红细胞就是由干细胞中的造血干细胞分化而来。这就不得不提干细胞的五个特征：一是自我更新，指细胞分裂增殖的过程，产生的子代细胞仍维持亲代细胞的原始特性，比如，肝移植供者切除3/4的肝脏，可以在两周内完全恢复成原样。二是克隆源性，即单个细胞具有创造更多相同细胞的能力，一个细胞能复制成两个完全一样的细胞。三是高度分化潜能，即能向不同的组织分化。例如我们临床上已经成熟应用的白血病治疗方法——造血干细胞移植，其实就是利用了造血干细胞的分化功能，相当于更换了正常的干细胞。四是可塑性，指干细胞具有分化为其他类型组织细胞的能力。例如骨髓造血干细胞可以在适合的环境下分化为和脑组织的神经同类型的神经细胞。五是生物学特征，干细胞要想维持自我更新和分化的特性，需要特定的干细胞微环境，在不同的微环境中，干细胞可以发挥不同的能力。干细胞还是个大家族，根据不同的标准，可有多种分类。例如，根据来源不同，干细胞可分为胚胎干细胞和成体干细胞两大类。胚胎干细胞主要来自囊胚的内细胞团，是一种高度未分化细胞；成体干细胞是对胎儿、儿童和成人组织中存在的多潜能干细胞的统称。相比于胚胎干细胞，成体干细胞来源较广，相对容易获取，并且源于患者自身的成体干细胞在应用时不存在组织相容性的问题，可避免移植排异反应和使用免疫抑制剂。按照发育潜能，干细胞又可分为全能干细胞、多能干细胞、单能干细胞三大类。全能干细胞是指能够发育成具有各种组织器官的完整个体潜能的细胞，如受精卵；多能干细胞虽然能分化出多种细胞组织，但并不能发育成完整的个体，如胚胎干细胞；单能干细胞是指只能向单一方向分化、产生一种或几种密切相关类型的细胞，如造血干细胞、神经干细胞、心脏干细胞等。当前，干细胞研究已经成为医学领域和生物医学领域的热点之一。经过多年的研究积累，我国在干细胞研究领域也已取得了诸多成就，如利用干细胞开展脊髓损伤修复已初见成效。相信不久的将来，随着干细胞理论的日臻完善和干细胞技术的不断发展，“万能细胞”将为人类健康做出更多贡献。

哺乳动物的大脑各不相同，脑细胞数量也有差别：人约有1千亿个脑神经细胞，狗约有5.3亿个，而小鼠约有7千万个… … 那么，单个脑细胞的基因长什么样？它们的形状和功能之间又有何关联？1月22日，一项刊发在《细胞》上的研究带来了超过3000个哺乳动物脑细胞的转录组图集和三维基因组图集。根据这些数据，研究者可为神经发育及相关疾病的诊疗提供帮助。该研究由北京大学生物医学前沿创新中心主任谢晓亮带领团队完成。大脑细胞里关键基因的高清三维结构。左侧为来自父亲的基因，右侧为来自母亲的基因。（图片来源：《细胞》）结构决定功能人类对生命的探索不止不休。1953年，世界首个DNA模型问世，双螺旋结构深入人心。2001年，人类基因组工作草图问世，人类遗传密码的破译程度前所未有。在基因组学成为生物学一大子领域的今天，科学家对“结构决定功能”这句话的理解愈发深刻：不止是基因组序列，DNA分子本身的三维结构对单个细胞的功能也有重要影响。每个细胞的基因组结构都不尽相同。得益于不断更新的技术手段，科学家已经能构建出哺乳动物单细胞基因组的三维结构——这项2018年发表在《科学》上的研究，作者之一正是谢晓亮。该成果的发表得益于一系列技术，其中一项新技术——单细胞染色质构象捕获技术（diploid chromatin conformation capture，Dip-C）起到了关键作用。在当时，谢晓亮团队的博士后成员谭隆志参与了相关技术的开发工作。本次发表在《细胞》上的新成果，就是凭借Dip-C等技术获得的。“过去的技术无法测量单细胞的三维基因组结构，此前也没有哺乳动物大脑产后发育的单细胞数据”，论文第一作者、斯坦福大学生物工程系博士后谭隆志告诉《中国科学报》。大脑皮层单个神经细胞的结构图，分辨率20kb。（图片来源：谢晓亮课题组）不断精进的单细胞测序技术全职加入北大前，谢晓亮曾在美国哈佛大学从事单分子生物研究多年。2012年，谢晓亮课题组推出的单细胞全基因组均匀扩增的新方法—多重退火循环扩增法（MALBAC），大幅提高了单细胞测序的通量和精准度。“MALBAC是一项非常独特、创新的单细胞测序技术”，谭隆志表示，该技术从设计层面入手，注重提升扩增均一性，能够灵敏、准确地测量单细胞中含量极少的DNA和RNA。这之后，该课题组一直致力于开发高精度的单细胞测序方法。2017年，谢晓亮和同组的陈崇毅、邢栋、谭隆志、李恒等人采用RNA而非DNA拷贝来扩增基因组，推出的单细胞基因组线性扩增（linear amplification via transposon insertion，LIANTI）进一步提升测序的均一性和准确性。从生物体角度来看，人类、相当一部分高等动物都是二倍体。但基因组学诞生后的很长一段时间里，单个二倍体细胞的结构测量无法实现。2018年，为了将研究范围从单倍体拓展到二倍体，课题组开发了Dip-C技术。人类的46条染色体平分为2套，套内的23条染色体分别来源于父母，这之中的序列相似度高达99.9%，差异非常细微，但通过Dip-C技术，研究者可以对两套染色体进行区分。“迄今为止，Dip-C仍然是测量单个二倍体细胞高分辨率3D全基因组结构的唯一方法。”谭隆志表示。随着测序技术的不断精进，相关的研究发现也越来越多。比如作为细胞“大脑”的细胞核，其内部的染色质在细胞特异性基因表达中发挥着重要作用——视觉和嗅觉都与高度专门化的功能神经元密切相关，而这些神经元的基因组有着独特的三维结构，很可能决定着相应的功能。本次新发表的研究中，谢晓亮等人用到了MALBAC技术的升级版：MALBAC-DT（数字转录组学）。进一步提高灵敏度和准确度后，课题组首次得到了哺乳动物大脑在产后发育过程中的单细胞转录组图谱，具体数量为3517个。而借助Dip-C方法，他们完成了3646个三维基因组结构图集。根据这些数据，他们又得到不少有趣的发现。向理解脑内神经发育更进一步根据转录组图谱的数据，课题组发现小鼠出生后，大量基因被动态表达，从而形成初生、成年两个基因表达模组。“这说明初生与成年大脑在基因表达上有巨大差异、并可能影响大脑认知功能的形成。”谭隆志表示。而将三维基因组图集和转录组图集结合起来看，谭隆志等人发现小鼠出生后一个月内，其大脑在三维结构和转录组层面都有变动，这意味着大脑的确在分子层面发生了转化。“这一转化恰好发生在大脑开始接收外界感官刺激的时期，即小鼠出生后第一个月。”谭隆志说。那么，这些这些分子层面的变化是由外界感官刺激引起的吗？针对这一问题，课题组从视觉研究入手，将出生的小鼠饲养于黑暗环境中，避免其受到视觉刺激。但他们发现，这些“暗中饲养”的小鼠视觉皮层的三维基因组和转录组转化几乎都不受后天影响，因此答案是否定的。另一个有趣的发现是，先前研究中，谭隆志与谢晓亮等人发现嗅觉细胞的基因组内有独特的内移现象：很多平时处在细胞核表面的基因区域，会在神经细胞分化时大幅移向细胞核内部。而这种现象对嗅觉受体调控有重要作用。而在本次发表的研究中，课题组发现这种内移现象同样存在于大脑的各种神经细胞中，大约发生在小鼠出生后的一个月内。“这一发现表明，中枢与周围神经细胞系在三维基因组结构方面可能共享某些特殊通路，未来可以深入研究。”谭隆志说。接下来，课题组还会拓展现有技术的应用范围，并继续开发测序新方法。谭隆志表示，他们将进一步测量单个细胞的三维基因组结构、转录组或其他组，“生物方面，我们将测量更多器官、更多年龄的更多细胞，更全面地解释哺乳动物发育的分子原理。”单个海马体神经细胞结构图，分辨率20kb。（图片来源：谢晓亮课题组）相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.12.032

6月23日，《自然-通讯》（Nature Communications）在线发表了题为An intein-split transactivator for intersectional neural imaging and optogenetic manipulation的研究论文。该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）、神经科学国家重点实验室、上海脑科学与类脑研究中心徐春研究组与中科院上海巴斯德研究所龙钢研究组合作完成。该研究开发了对多特征神经元标记、记录和操控的新型分子工具，揭示了腹侧海马神经元的投射模式与情绪编码的对应关系，为解析复杂神经环路的结构与功能提供了更精细且广泛适用的工具集。大脑神经元具有复杂多样的细胞类型。细胞类型的精确定义对剖析大脑神经环路连接与功能具有关键作用，将帮助科学家更好地探索神经系统的工作原理。神经细胞类型的精确定义往往依赖于多条件交叉的标记技术。然而，目前已有的工具方法复杂繁琐，其标记的特性数量有限，并时常面临无法有效表达光遗传和钙成像相关分子的问题。因此，如何提高交叉标记工具的有效性和标记特征的数量仍是领域内的难题。为了解决上述问题，该研究利用内含肽介导的蛋白剪接技术，在神经细胞内实现了控制子（tTA）在蛋白水平的组装。该组装具有多条件交叉的特点，并可有效地驱动一系列效应基因的表达，从而实现多特征神经元的特异性标记和功能研究（图1A）。研究人员将该工具称为IBIST（intein-based intersectional synthesis of transactivator）。研究团队在验证IBIST工具的特异性和有效性后，在小鼠海马脑区和猕猴视皮层脑区进行多种实例研究展示。研究结合神经环路连接和神经元分子标签等多种特征，在小鼠海马脑区的特定细胞群体中表达光遗传蛋白，实现了光遗传学操控（图1B 、C）。此外，该研究利用5个特征精确定义了海马脑区的多目标投射神经元，并进行了钙成像记录（图1D、E）。该工作开发了新的分子工具，基于分子标签和环路连接等多种特征靶向标记特定细胞类型，并对这些多特征神经细胞进行钙成像记录和光遗传操控。与以往的方法相比，该分子工具可以实现更精细复杂的多特征标记，更高效地驱动效应基因的表达，更简单直接地设计质粒和实验方案，以及更广泛适配于现有常用的工具病毒和小鼠品系（图2）。该研究为神经环路的结构与功能研究提供了利器，并进一步揭示了海马细胞对情绪信息处理的多样性规律。研究工作得到上海市、科技部、中科院、国家自然科学基金和临港实验室的支持。　　论文链接 　　图1.IBIST工具的开发与应用。A、IBIST工具的质粒设计和工作原理；B、利用IBIST工具标记接收背侧海马输入的腹侧海马CA1的SOM+中间神经元，表达光遗传蛋白NpHR；C、黄光操控SOM中间神经元的电活动；D、利用IBIST工具在投射到4个下游脑区的海马兴奋性神经元（CaMKIIα标记）当中表达钙指示蛋白GCaMP6s；E、海马神经元的荧光信号和钙反应。图2.基于多特征标记特定细胞类型的策略与前景。

小鼠原代海马神经元细胞的分离培养方法！海马体主要负责记忆和学习，日常生活中的短期记忆都储存在海马体中。神经元是构成神经系统结构和功能的基本单位。神经元具有长突起，由细胞体和细胞突起构成。小鼠海马神经元细胞的组织来源于实验小鼠的正常脑组织，因为海马神经元细胞类似于干细胞属于高分度分化的细胞特性，具有不能传代，不能增殖等特点，所有收到细胞后尽快使用。为了更好的服务于广大科研工作者，百欧博伟生物技术人员特提供了海马神经元细胞分离培养方法，技术因人而异仅供参考：1、试验所需仪器设备及试剂（1）仪器生物安全柜CO2细胞培养箱荧光倒置显微镜高速冷冻离心机电热恒温鼓风干燥箱（2）试剂耗材T25细胞培养瓶血球计数板细胞培养孔板红细胞裂解液神经元完全培养基0.25%胰蛋白酶（含0.02%EDTA）多聚甲醛（PFA）DAPITriton X-100山羊血清NSEGoat anti-Rabbit lgG（H+L）Cross-Adsorbed Secondary antibody，Alexa Fluor 594Fluoromount-G荧光封片剂2、分离培养方法1) 取1-10 d的新生小鼠。用75%的乙醇浸泡，2) 在冰浴的PBS中分离海马，PBS洗涤3次，剪碎，3) 用0.25% Trypsin + 0.1% Ⅰ型胶原酶37℃水浴振荡消化30min，4) 用FBS终止消化，轻轻吹打，5) 过100 μm 滤网，6) 收集滤液，300 g离心5 min，7) 用完全培养基重悬沉淀，铺瓶。3、免疫荧光3.1.实验步骤（1）细胞爬片取3片玻璃片于24孔板中，每孔加入培养基1mL，加入细胞0.02million个/孔。置培养箱2h或过夜。（2）固定细胞爬片后，吸出培养基，用PBS洗1遍，加入4% PFA于4℃固定30min。用PBS洗3×5min/次。也可最后一次不吸出PBS，放4℃过夜。（3）破膜封闭将玻片除去水分，置于培养皿支撑物上，玻璃片封闭液配置：0.5% Trition X-100与PBS 1:1混合，再加10% 血清，取50uL破膜封闭液滴于防水膜上，将玻片上有细胞的一面盖上2h。（4）一抗孵育一抗配制：抗体与PBS 1:100（200）稀释破膜封闭后，取50uL一抗于防水膜上（湿盒中），将玻片（有细胞的一面）盖上置于4℃（最多可放置一周）（5）二抗孵育室温避光孵育二抗（二抗:PBS=1:500）2h后，PBS洗3×5min/次，染DAPI（DAPI:PBS=1:1000）5min，PBS洗3×5min/次。（6）包埋玻片上各滴1滴Fluoromount-G，将有细胞的一面盖上。鉴定细胞为P1代细胞3.2.检测结果（1）细胞免疫荧光鉴定照片阴性100X-DAPINSE100X-DAPI（2）检验基本情况：经免疫荧光鉴定，该细胞纯度达到90%以上。除了上述的细胞分离方法以外，百欧博伟还有很多关于其他细胞的分离方法，想要学习的小伙伴可以来百欧博伟进行现场学习，如果想要其他原代分离培养方法，可打电话或咨询相关技术人员哦。

希腊分子生物学和生物技术研究所（IMBB）的研究人员新发现一种使神经细胞变异的分子机制。研究人员Kostoula Troullinaki和Nektarios Tavernarakis宣称，这项研究成果将为预防、延迟或治疗神经退行性病变的医疗手段和药物的开发作出贡献。 神经退行性疾病如肌萎缩性侧索硬化症，阿尔茨海默氏症，帕金森氏症和亨廷顿氏病是破坏性的人类疾病，大大影响人的生活质量和生命期望。这些疾病的一个主要特点是在细胞坏死过程中使大脑和脊髓神经细胞逐渐丧失。神经细胞坏死的结果给病人身体和心理造成巨大障碍。希腊分子生物学和生物技术研究所的研究人员通过利用简单的线虫卵试验发现，细胞内吞作用和胞内贩运这两个基本过程也会造成细胞死亡。 以上信息有HASUC整理摘录，HASUC主营：真空干燥箱、烘箱、电子防潮箱、鼓风干燥箱、培养箱、生化培养箱、霉菌培养箱、干燥柜、电炉、马弗炉、电阻炉、二氧化碳培养箱、霉菌培养箱、隔水式培养箱、低温培养箱、BOD培养箱、恒温恒湿培养箱、光照培养箱、恒温恒湿培养箱、人工气候箱、 恒温干燥箱、防潮箱、高温烤箱、低温培养箱、恒温培养箱、高低温箱、高低温试验箱、高低温交变试验箱、高低温冲击试验箱、恒温恒湿箱、高低温湿热试验箱、培养箱、氮气柜、干燥箱、恒温箱、高低温交变湿热试验箱、盐雾腐蚀试验箱、药品稳定性试验箱、两三厢冷热冲击试验箱、精密曲线编程旋转烘箱、远红外线干燥箱、防爆干燥箱、精密烘箱、真空测漏箱、人工气候箱、光照培养箱、生物安全柜、干培两用箱、超净工作台、真空脱泡箱等。

科学家们一直希望能够更清楚地看到大脑是如何工作的。以前研究人员只能在电子显微镜下摆弄死亡的脑细胞，而从来没有用高分辨率显微镜清晰地看到活的脑细胞在有生命的动物体内的活动图景。据美国物理学家组织网近日报道，现在，德国马克斯普朗克研究所的物理学家斯蒂芬和其同事将这一梦想付诸实现。相关论文刊登在最新一期美国《科学》杂志上。 　　斯蒂芬与该研究所的其他研究者多年来一直在研发一种被叫做“受激发射损耗” (STED)的超高分辨率显微镜。现在，他们将这项工作提高到一个新的水准。为了让实验结果更清晰，他们首先对一只老鼠的特定脑细胞进行基因修改，使其能够发出荧光，然后切掉老鼠头盖骨的一小部分，放进玻璃器皿里，通过STED观察那些发亮的脑细胞。同时，研究人员启动STED中所装置的软件以遮盖鼠脑里那些没有变亮的部分，这样即可在有生命的老鼠外部实时地再现出神经细胞的高清活动影像。 　　这个新型显微镜提供的清晰度可以达到70纳米级以下，四倍于以前的显微镜，足以帮助科学家观察到脑部树突棘的活动，树突棘是存在于哺乳动物大脑神经元树突上的小突起，构成中枢神经系统兴奋性突触传递的原始位点。 　　研究人员未来将有可能进一步发现这种新型显微镜的许多种用途，而其中最重要的领域是用于观察治疗精神病药物在脑部神经元突触里是如何工作的，也许还会引发制药学针对特殊疾病开发新药的突破性进展。

前言 随着人类对生物学领域深入探索和科技创新的不断发展，目前越来越多的研究院所和生物制药公司将细胞水平的功能性研究、模型建立及药物筛选做为一个重要的研究/研发手段。而高内涵成像分析系统就为这种细胞水平的研究提供了集高分辨率、自动化、智能化及海量信息为一体的新的检测平台。干细胞（stem cells）是一类具有自我更新、高度增殖和多向分化潜能的细胞群体干细胞。正是干细胞的这种特性，为细胞生物学的研究提供了更有力的永生化的稳定细胞株。干细胞水平的研究比在普通的细胞株提供了更接近临床相关性的生理学信息；并且比原代细胞相比更容易获得，且具有更好的实验重复性。 干细胞的研究与其他细胞水平的研究有一些相似之处，但其关键的不同点在于在干细胞的研究过程中干细胞的分化。干细胞水平的实验比传统的单线性/单参数的实验具有更多的检测目标，包括其分化能力、分化过程、分化类型及不同类型的量化分析统计等。高内涵成像分析系统以其自身的高分辨率、多参数及智能化分析的特性，恰如其分的满足了干细胞研究的以上需求，而高内涵成像系统的自动化和高通量的特点又以海量的有效数据加速了该研究的过程。 利用高内涵成像分析系统可完成干细胞研究的自动化图像获取及多参数分析，目前常用的全能性干细胞分化研究主要有三类：造血细胞、神经细胞和诱导型多能干细胞（induced pluripotent stem cell, iPS）来源的心肌细胞（图1）。图1：全能干细胞分化层次图应用实例1． 神经祖细胞向神经球分化研究冷藏保存的神经祖细胞（StemCell Technologies, mouse Cells）培养在6孔板内，在培养基中加入不同的生长因子，培养6天后通过ImageXpress Micro对每孔内神经球进行无标记相差成像，并对的神经球的面积进行自动化定量分析。结果如下（图2）： 图2：神经球无标记检测及分析（ImageXpress Micro 20X 相差物镜）2． 神经干细胞向神经元及胶质细胞分化研究神经干细胞在加有EGF（表皮生长因子）和bFGF（成纤维细胞生长因子）的培养基中培养1-2天，然后在分化培养基中培养12-14天。加入EPO（促红细胞生成素）后，检测为神经球向神经元及胶质细胞的分化情况。ImageXpress Micro进行自动化图像获取，运用细胞分类（Cell Scoring）模块进行神经元/胶质细胞阳性率分析，运用神经生长（Neurite Outgrowth）模块进行神经元突触长度及数量分析。结果如下（图3）：图3：神经干细胞分化检测及分析。图（上）表示加入（左）及不加（右）神经细胞的分化图片；图（下）表示不同条件下神经元细胞的阳性率（左）及神经元突出的长度（右）。（ImageXpress Micro 20X物镜）3． 造血祖细胞向骨髓细胞及血细胞分化研究人源CD34+造血祖细胞培养在96孔板中，加入多种不同的造血细胞因子组合（SCF+Flk3+TPO/SCF+IL-3+GM-SCF）后，通过检测CD45和CD15两种标记物在细胞内的表达量，统计分析不同造血细胞因子组合对造血祖细胞的自我更新能力及骨髓细胞分化能力的变化。结果如下（图4）：图4：检测细胞内CD45和CD15的阳性率，评价造血祖细胞在不同条件下的自我更新能力及定向分化能力4． 诱导型多能干细胞（induced pluripotent stem cell, iPS）向心肌细胞分化研究iPS细胞（Celprogen）在专用培养基中培养3-7天，同时检测7种不同标志物的表达量，以判断心肌细胞分化及成熟的状态。下图（图5）中显示Oct4（干细胞标记物）和a-Actinin（心肌细胞标志物）在细胞内的表达情况：图5：iPS细胞分化情况（ImageXpress Micro 20X 物镜）5． iPS细胞来源的心肌细胞跳动实验临床前安全性评价是药物研发过程中非常重要的环节，早期的心脏毒理学研究将会大大降低在进入临床研究阶段后因药物毒性带来的投入风险。iPS细胞来源的心肌细胞跳动实验为药物心脏毒性评价提供了一个高效的体外细胞水平的检测方法。心脏跳动可通过传统电生理的方法来检测，用高内涵成像分析系统来进行检测及分析是一个全新的挑战。Molecular Devices公司最近一代的高内涵成像分析系统ImageXpress Micro XL以其最新一代的检测器sCMOS（采样频率可达100pfs）和自定义模块分析功能，完全可出色完成心肌细胞跳动实验的快速检测及分析要求。iPS细胞来源的心肌细胞单层培养在96或384孔板中，心肌细胞会自发跳动同步收缩。加入Calcein-AM染料孵育10min后，撤掉培养基，再加入不同浓度的化合物，置于ImageXpress Micro XL活细胞培养装置中，检测心肌细胞跳动频率的变化。结果如下（图6）：图6：iPS细胞来源的心肌细胞跳动实验（ImageXpress Micro XL 20X 物镜）总结 干细胞研究作为一种复杂的细胞水平检测模型，需对干细胞的生长、增殖、分化能力、分化类型及状态等多种参数进行检测及定量分析，为疾病治疗研究及药物研发提供了更有效的研究手段。Molecular Devices公司的ImageXpress高内涵系统提供了集高分辨率、自动化、智能化及海量信息为一体高内涵成像分析系统完全解决方案，可满足以上研究需求（图7）。图7：Molecular Devices公司针对干细胞研究的高内涵成像系统完全解决方案

细胞命运决定是生命个体的生死决定，对所有的生命个体都至关重要。神经细胞的过早衰亡导致神经退化性疾病，肿瘤细胞的死亡逃逸奠定了肿瘤的发生发展。研究细胞的生死决定几乎涵盖了所有的重要生命活动和人类重大疾病。珀金埃尔默可提供从无标记到多标细胞组学智能解决方案，以及从2D到3D的飞跃模拟生理微环境方案。更多信息请关注珀金埃尔默市场开发经理张薇的报告。时间：2019年10月13日13:00–13:15地点： 上海交通大学医学院东院懿德楼报告题目： 在细胞表型3.0时代，助您更深入了解细胞命运为进一步凝练科研方向，聚焦国际前沿科学问题，上海交通大学医学院联合上海交通大学医学院联合细胞分化与凋亡教育部重点实验室、癌基因与相关基因国家重点实验室和《NEJM医学前沿》(《新英格兰医学杂志》中文版)，于2019年10月11日-14日，在上海交通大学医学院懿德楼召开“细胞命运决定与人类疾病国际研讨会”。本次研讨会将邀请细胞命运决定国际前沿领域（凋亡，自噬，坏死，衰老及肿瘤代谢）国际顶尖的科学家以及研究人员共聚一堂，旨在探讨细胞命运决定的最前沿、最激动人心的科研方向。会议详情请点击链接：http://www.cfdchina.org关于珀金埃尔默：珀金埃尔默致力于为创建更健康的世界而持续创新。我们为诊断、生命科学、食品及应用市场推出独特的解决方案，助力科学家、研究人员和临床医生解决最棘手的科学和医疗难题。凭借深厚的市场了解和技术专长，我们助力客户更早地获得更准确的洞见。在全球，我们拥有12500名专业技术人员，服务于150多个国家，时刻专注于帮助客户打造更健康的家庭，改善人类生活质量。2018年，珀金埃尔默年营收达到约28亿美元，为标准普尔500指数中的一员，纽交所上市代号1-877-PKI-NYSE。了解更多有关珀金埃尔默的信息，请访问www.perkinelmer.com.cn。

11月9日，由英国谢菲尔德大学神经转化研究所（SiTraN）组织的高内涵筛选成像大赛结果火热出炉。来自Mohammed Karami的Transformers从一系列优秀的参选图片中脱颖而出。获奖图片据悉，在多个研究小组及个人的捐赠与支持下，SiTraN中心一年多前引进了PerkinElmer Opera PhenixTM高内涵成像系统，并使用该成像系统上进行了大量聚焦神经科学及转化方向的科研项目，通过此次成像大赛SiTraN各研究组展示多项相关工作成果。据SiTraN中心介绍，这台自动化的成像设备一天可以完成普通共聚焦显微镜需要耗费100天才能完成的工作，这极大的提高了药物筛选的实验效率。此次高内涵成像大赛吸引了该研究中心7个研究小组及个人的参与，其中两个小组在这台系统上进行了多方向的研究项目。SiTraN中心在Opera Phenix高内涵成像系统上运行了各种细胞及动物实验模型，从简单的单细胞培养成像观察，如标记线粒体到更复杂的两种或多种类型的亚细胞结构的检测，通过成像以及设备高内涵数据分析软件，对混合培养的细胞进行计数或者进行类神经结构的定量分析。值得注意的是，该中心还使用Opera Phenix成像系统进行了针对治疗运动神经元病以及帕金森病的新型药物筛选等多个研究项目。从患者身上进行很小的皮肤成纤维细胞样本采样，从这些皮肤细胞可以进一步研究这些患者特异的基因突变或者可以通过干细胞技术将这些细胞重编程为神经细胞或其他的神经支持细胞，研究神经性疾病中神经系统病变。这些研究中研发的技术可以更广泛的用于阿尔茨海默症、神经硬化症以及相应的药物筛选从而帮助学界加深对这些疾病过程的了解或探索新的治疗靶点。还有一些课题组使用该成像系统进行斑马鱼成像。这些实验中，想保证每一条斑马鱼样本的成像方向一致是件非常有挑战性的工作，通过使用Opera Phenix 成像系统配置的特殊成像功能，研究者们在自动寻找目标神经细胞群这块取得了很大的进展。斑马鱼是可以进行基因编辑的很好的疾病模型，为在体药物筛选提供了理想的方案。比如，在运动神经元疾病中起神经保护作用药物以及在多发性硬化症促进髓鞘形成药物。这些患者来源的细胞和斑马鱼可以帮助科学家们探索运动神经元疾病、帕金森病，多发性硬化症以及其他神经系统疾病：这正是nihr 谢菲尔德大学医学研究中心的使命。于此同时，Opera Phenix 高内涵成像筛选系统也凭借其优越的性能已成为该药筛平台最受欢迎的筛选设备。参赛作品除了以上几个选项，这次竞赛还收集到一些非常有意思的Opera Phenix的参选图像，一并列出供大家欣赏。图片作者信息： aurelie schwarzentruber, ruby macdonald, mohammed karami, chris hastings and camilla boschian are all part of dr heather mortiboy’s team. noemi gatto, chloe allen and monika myszczynska are part of dr laura ferraiuolo’s team. dr alex mcgown is a member of dr tennore ramesh’s team.如您想了解更多微信搜索关注珀金埃尔默生命科学

养过细胞的人都知道优质血清的重要标准之一是内毒的含量。血清由于其复杂的成分是不可代替的，但它也难以控制外界因素的影响内毒素过高会是实验室珍贵的细胞凋零。例如：干细胞体外培养实验，由于干细胞的原始性，它们对内毒素非常敏感，所以，当血清内毒素偏高时，细胞很容易死亡，需要在试用前提早参看该批次《检测报告》，以决定是否入围进行试用。又例如：基因敲除相关的细胞实验，培养的细胞要尽可能保持其原始状态，任何引导细胞衰老或凋亡的试剂，都会让后续的实验结果“失之毫厘，谬以千里”。所以，选择极低内毒素的血清，至关重要。同样，例如：原代培养，杂交瘤融合，细胞转染，难养细胞在体外的增殖（肝细胞，神经细胞，内皮细胞等）....这些细胞的培养都需要内毒素更低的血清，如果内毒素过高，对细胞造成的损害，会大大影响后续实验结果。还有一些细胞，实验室比较常用，经常复苏，培养，冻存，如此，血清会经常作用于细胞；还有的细胞需要培养的时间较长，血清会长时间作用于细胞；还有细胞典藏等项目，都需要使用更低内毒素的血清，以避免内毒素长久对细胞的毒性影响。因此，我们在挑选优质血清的时候内毒素是我们应该优先考量的条件之一。

2012年5月，华粤行仪器有限公司（我司）细胞生物学新技术巡回研讨会携日本NEPA 21 新一代全能型高效基因转染系统来到科研创新实力雄厚的中国科技大学。为科研工作中遇到的难转染的免疫细胞－P493-6细胞提供了一种高效的转染方式。 P493-6细胞是人B淋巴细胞源细胞系，实验室采用脂质体转染法完全不奏效，利用病毒侵染方式也仅能得到不足5%的转染效率，这种困境一度让师生感到沮丧。而NEPA21 新一代全能型高效基因转染系统的尝试，获得了令实验者惊喜的转染效果。师生对NEPA21 全能型高效基因转染系统给予了高度评价。 NEPA21不需要转染试剂盒，利用优化的程序即可达到高的转染效率，为各种难转染细胞，如原代细胞、干细胞、神经细胞、免疫细胞、血液细胞等，以及离体组织和动物活体的转基因研究带来了便利。 NEPA21进行P493-6细胞GFP质粒转染效果图（图片由中科大提供）

Incucyte® 发CNS文章速度又提升了！2024年3月13日，《Nature》和《Cell》分别发表了2篇和1篇研究文章，均应用到了Incucyte® 。值得指出的是，这些成就并不是个例：2023 一周3篇Nature：Incucyte上演科研帽子戏法！2022一天四篇Nature | Incucyte助力罕见病研究这些里程碑式的成就再次说明了Incucyte® 因其简单的实验设置和分析、丰富的应用方向使得很多用户对其爱不释手，在体外细胞水平的实验中发挥着重要功能。接下来，就让我们一起来看看这三篇文章。Nature阿尔茨海默病新机制斯坦福大学[1]APOE基因编码的蛋白参与将脂肪滴运送到神经细胞中。APOE 有四种变体，即APOE1、APOE2、APOE3和APOE4，其中APOE4能将最多的脂肪带入脑细胞。本文发现，APOE4/4基因型的阿尔茨海默病患者中，大脑的小胶质细胞会更容易进入一种积累脂滴（LD，lipid droplets）的异常状态（LDAM）。在这种状态下的小胶质细胞受到淀粉样蛋白（Aβ）和其它先天免疫因子刺激后，会激发神经细胞中Tau蛋白的磷酸化和细胞死亡。这项研究揭示了APOE4基因诱发阿尔茨海默病的全新作用机制，并且提供了潜在的治疗策略。研究人员将APOE4/4基因型和APOE3/3基因型iPS细胞分化为小胶质细胞，使用中性脂质荧光染料对小胶质细胞进行Incucyte® 实时活细胞成像。结果显示，与APOE3/3相比，APOE4/4中LD的积累更大。当用Aβ处理APOE4/4时，LD的积累进一步增加。这说明APOE4 AD风险等位基因的存在加剧了LD积累。在这项研究中，Incucyte® 不仅可以观察到脂质荧光染料在细胞中聚集的图像，还可以统计实时定量曲线。图1. （b）APOE3/3和APOE4/4 ±Aβ细胞中脂质荧光染料的实时定量曲线；（c）实验终点平均脂斑荧光强度；（e）原代大鼠小胶质细胞未经处理(左)或fAβ处理(右)之后脂质体染料图像；（d）终点数据只需选用合适的染料，Incucyte® 就能捕捉并记录下细胞的每一种活动。Nature巨噬细胞吞噬机理华盛顿大学医学院[2]在发育过程中以及炎症或组织损伤发生时，巨噬细胞通过吞噬并处理多个凋亡尸体（胞葬作用），以实现组织稳态。本研究发现对于人类和小鼠巨噬细胞，RNA聚合酶Pol II控制的暂停/释放在体外和体内连续吞噬作用中是必需的。有趣的是，阻断Pol II暂停/释放并不妨碍Fc受体介导的吞噬作用、酵母摄取或细菌吞噬作用。巨噬细胞使用Pol II暂停/释放作为一种机制，以迅速改变它们的转录程序，高效处理摄入的凋亡尸体，并进行连续的吞噬作用。作者利用了Incucyte® 实时活细胞成像分析方法，实时展示了暂停Pol II可以增强巨噬细胞的胞葬作用。利用pH敏感染料标记凋亡的细胞，当凋亡的细胞被巨噬细胞吞噬的时候，会在酸性环境下产生荧光，荧光信号越强吞噬能力越强。在Hoxb8来源的巨噬细胞中通过CRISPR-Cas9技术基因缺失负延长因子NELF-B和NELF-CD，可以破坏Pol II的暂停，使巨噬细胞的胞葬作用的增强；这种增强的胞葬作用对阻断肌动蛋白聚合（加入Cytochalasin D，一种有效的肌动蛋白聚合抑制剂，胞葬作用依赖肌动蛋白介导的质膜重塑）仍然敏感（图2g）。巨噬细胞可以通过不同的表面受体和分子机制进行不同类型的吞噬作用。巨噬细胞的吞噬作用受到Pol II暂停/释放抑制剂flavopiridol影响 而巨噬细胞Fc受体介导的吞噬作用不受暂停/释放抑制剂flavopiridol的影响（图2h）。图2. （g）Incucyte® 分析检测WT和NELF缺陷巨噬细胞与凋亡Jurkat 细胞共孵育后的胞葬动力学；（h）巨噬细胞吞噬凋亡的细胞和巨噬细胞通过Fc受体介导吞噬处理的胸腺细胞Incucyte® 实时活细胞成像分析有明场、红、绿3个通道，支持选择多种荧光试剂在不同条件下的使用，从而获得不同条件下的实时动力学曲线。Cell新细胞群的发现加州大学旧金山分校[3]本文发现了一类I型干扰素（IFN-Ⅰ）响应性的小胶质细胞亚群（IRMs），这一类独特的小胶质细胞在大脑皮层的发育和感觉功能中发挥重要作用。作者发现在发育应激时有一种特殊类群的小胶质细胞数量明显增加。进一步研究发现这一类群的细胞在皮层重塑期间高度活跃，可发挥吞噬神经元的作用，而在正常大脑发育过程中罕见。作者通过一系列实验发现这一特殊类群小胶质细胞自身的IFN-Ⅰ信号以及dsRNA信号转导导致其对神经元的吞噬作用，在维持大脑健康中发挥着重要作用。原代小胶质细胞吞噬试验中利用Incucyte® 实时活细胞成像分析系统来跟踪分析。小鼠原代小胶质细胞进行的体外吞噬试验显示，poly（I:C）处理可加速消化凋亡细胞（图3J和3K），而 Ifnar1 缺失则会降低消化效率（图3L和3M）。这些数据表明，IFN-I 信号增强了小胶质细胞消化能力，这与体内 IRMs 经常同时吞噬和消化多个细胞的观察结果一致。图3. 向小胶质细胞中加入吞噬染料标记的凋亡细胞，每小时采集一次，采集24 小时；使用 Incucyte® 活细胞分析软件对图像进行阈值处理，并使用红色通道（溶酶体内的凋亡尸体）的综合强度与小胶质细胞表面积（用明场确定）的归一化值进行分析（G）体外小胶质吞噬作用实验设计；（H）典型的吞噬Incucyte® 实时分析示意图：前端是吞噬作用，后端是消化作用，用线性相中峰前斜率的线性回归斜率来估计吞噬效率(m1)，用峰后斜率来估计消化效率；（I）添加吞噬染料标记的凋亡细胞24小时后WT小胶质细胞培养的代表性图像（左），WT小胶质细胞中添加poly（I:C）（中），Ifnar1缺失的小胶质细胞（右）；（J）和（L）代表实时吞噬染料信号强度；（K）和（M）表示小胶质细胞消化速率Incucyte® 通过连续采集，可以实时显示1天内小胶质细胞发生的吞噬和消化过程（信号先上再下），捕捉细胞每个细节。总而言之，在上述研究中体现出Incucyte® 实时活细胞分析系统的独特优势：1. 自动检测，提升实验效率满足密集时间点以及长时间监测的需求，一次实验得到大量数据，解放人力，是从事细胞研究不可或缺的工具。2. 分析简便，提升数据质量软件采集及分析模块配合荧光检测试剂，得到高度可靠的数据。实时检测整个细胞死亡/凋亡曲线，在细胞死亡状况较为接近的情况下，仍然在大量数据的前提下得到确切的结论。3. 6板位设计，多实验同步开展内设6个板位，可以分别独立设置检测程序，满足6组不同实验或多人实验同时检测的需求。 -参考文献-[1] Haney MS, Pálovics R, Munson CN, et al. APOE4/4 is linked to damaging lipid droplets in Alzheimer's disease microglia. Nature. 2024 628(8006):154-161. doi:10.1038/s41586-024-07185-7[2] Tufan T, Comertpay G, Villani A, et al. Rapid unleashing of macrophage efferocytic capacity via transcriptional pause release. Nature. Published online March 13, 2024. doi:10.1038/s41586-024-07172-y[3] Caroline C. Escoubas, Leah C. Dorman, Phi T, et al.Type-I-interferon-responsive microglia shape cortical development and behavior,Cell, Published:March 14, 2024DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.02.020

细胞是生命的最小单位，细胞生物学是生命科学研究的重要领域。中国科学院分子细胞科学卓越创新中心研究员陈正军表示，细胞在地球上的物质形态演化过程同时也是地球生命演化的过程，“了解了细胞，我们就能了解生命”。细胞生物学与人类活动息息相关细胞生物学是研究生命活动的一个重要前沿学科方向。这一学科分支众多，主要关注细胞形态结构、细胞生命活动功能、细胞遗传调控以及细胞与其生命活动环境当中的各种关系。陈正军表示，人类需要把细胞研究清楚，通过研究细胞的生命活动过程、基因调控以及细胞与微环境的关系，可以了解细胞的健康活动和发育过程。而如果缺乏对相关研究的掌握，我们便会很难认识目前面临的各种疾病，如炎症、癌症等病理细胞的活动过程等，也很难针对这些疾病的发病机制进行有效的治疗。细胞生物学与人类生活息息相关，陈正军举了一些生活中常见的人体生理反应例子来解释细胞的生命活动。他介绍，小孩皮肤光滑、湿润，但随着年龄增长也会有皱纹出现，这一过程就是人体细胞的变化过程，保养皮肤的过程其实就在保养我们的面部细胞。“平时给予身体充沛的营养，进行自由运动，及时调整心理情绪，就是在保养人体细胞，调整人体大脑神经细胞健康活动，助力身心健康。”细胞生命活动受内外因素共同作用真核多细胞生命体由各种各样的细胞所组成，不同种类的细胞组成不同组织器官，执行相应组织器官的功能和行为，协同完成人体生命活动。人体从受精卵细胞发育成一个完整的个体，伴随了细胞的增殖、分化、迁移等各种细胞行为。陈正军的研究领域则包括了细胞极性与细胞迁移、增殖和肿瘤发生的相关性研究。他介绍，细胞在迁移过程中需要定位到特殊的位置上，形成一种特殊的细胞极性状态，占据它所在的功能部位并执行其生命活动过程。一个细胞如何在体内发挥作用？陈正军认为这是一个十分有趣且深奥的科学问题。细胞活动受到细胞自身遗传物质、蛋白质分子的调控，同时细胞内部的这些分子和功能单位，也会受到细胞外环境因素的影响。两者共同相互作用，使得单个细胞可以产生不同的生命活动。具体来讲，细胞生长需要改变自身的结构状态，这一过程伴随胞内各种信号物质、蛋白质、信号通路等发生变化。其中，细胞通路的变化则受部分外界因素的影响，例如化学因素、物理因素甚至生物因素。而在体内环境中，生长因子作为一种外环境因素，对细胞行为如细胞生长、迁移等的影响极为重要。细胞生长因子可实现不同细胞的功能需求细胞生长因子是促进细胞生命活动一类细胞因子广泛的概念，比如说，表皮细胞生长因子、成纤维细胞生长因子、肝细胞生长因子和内皮细胞生长因子等，都称为细胞生长因子。不同细胞生长因子就会帮助不同细胞维系其不同生命活动功能，如细胞增殖、迁移和分化等。不同细胞种类对细胞生长因子的需求也不同，不同的细胞生长因子也能协同调控一种细胞活动过程，比如说表皮细胞生长因子和血小板衍生生长因子对上皮细胞的增殖促进作用，多种不同细胞生长让细胞来执行不同的生命活动。每个细胞在特定的环境下都可以分泌产生细胞生长因子，通过细胞之间互相刺激或者刺激自身发挥作用。以口腔黏膜或者肠道的上皮细胞自我修复为例，当上皮细胞产生损伤，需要修复即重新执行自身的增殖功能时，上皮细胞会启动常规活动以外的一种机制，分泌生长因子帮助自己，甚至帮助周围细胞进行修复，完成功能需求。细胞生长因子通常呈多肽分子配体，可以直接与表皮生长因子受体结合，结合之后受体会把信号转到胞内，细胞内接着启动一系列蛋白质的相互作用和偶联酶促化学反应，这一过程为细胞的信号转导通路激活，通过瀑布效应放大生物信号，启动和激活细胞增殖、迁移、分化等生命活动。因此，细胞生长因子在细胞生命活动过程中起着非常重要的作用。

神经母细胞瘤（neuroblastoma，NB）是婴儿最常见的肿瘤。该病是由身体多个部位的未成熟神经细胞发展而来的一种癌症，通常起源于腹部或胸部的交感神经，最常起源于肾上腺。　　目前，CAR-T细胞疗法在血液系统肿瘤领域的治疗效果出色，然而，实体瘤分子更加复杂且缺乏良好抗原靶点使得CAR-T细胞疗法在实体瘤领域的挑战巨大。因此，开发能够同时识别至少两种抗原的下一代CARs具有重要意义。　　近日，北卡罗来纳大学教堂山分校的研究团队开发了一种新的治疗方法——基于双重靶向、分裂共刺激信号和共享CD3ζ链的免疫疗法。该疗法构建了同时针对NB疾病模型中的两种临床相关抗原GD2和B7-H3，可以实现快速和持续的抗肿瘤作用。值得一提的是，当肿瘤细胞中的抗原表达是异质性时，双CAR-T细胞可在体内应激时提供持续的高抗肿瘤活性以防止肿瘤因异种抗原表达而逃逸。相关研究结果于9月23日以“Dual-targeting CAR-T cells with optimal co-stimulation and metabolic fitness enhance antitumor activity and prevent escape in solid tumors”为题发表在《Nature Cancer》杂志上。 　　注：此研究成果摘自《Nature Cancer》，文章内容不代表本网站观点和立场。　　论文链接：https://www.nature.com/articles/s43018-021-00244-2

p 　　1978年，Schofield首次提出干细胞的微环境定义，并发现局部微环境对造血干细胞干性的维持是必要的。从此，越来越多的研究定义了各种组织的干细胞微环境。然而，干细胞本身是否能作为微环境因素进而影响其子代细胞的发育尚未完全被揭示。在成体神经发生微环境中，成体神经干/前体细胞能够终生产生功能性神经元，参与学习记忆等。成体神经发生过程中，新生神经元能够释放反馈抑制信号来调控神经干细胞的增殖分化以及命运决定。然而，神经干细胞是否能够调控新生神经元的发育尚不清楚。 /p p 　　中国科学院遗传与发育生物学研究所郭伟翔研究组，通过细胞清除，反转录病毒介导的单细胞标记以及信号通路调节等实验手段，发现神经干细胞可以持续提供Pleiotrophin (PTN) 配体促进其子代新生神经元发育。若没有此前馈作用，新生神经元树突会发育异常。进一步研究发现，PTN主要通过作用新生神经元上的ALK受体，从而激活AKT信号通路来促进海马新生神经元的发育。 /p p 　　随着年龄的衰老，神经干细胞的数量逐渐减少，并且新生神经元也随之呈现出发育的异常。更为重要的是，该研究发现PTN的表达水平以及其介导的AKT信号通路的活性都随着年龄的增加而下降。然而，通过外援供给PTN或者激活AKT信号能够改善衰老所导致的新生神经元发育的缺陷。这一结果提示在成体神经发生微环境中，缺乏神经干细胞源性PTN因子可能是导致认知能力随着衰老的增长而衰退的原因之一。 /p p 　　该成果于11月27日在线发表于神经科学期刊Neuron上。郭伟翔组博士研究生汤常永为该论文第一作者，郭伟翔为通讯作者。该研究得到遗传发育所研究员吴青峰在生物信息学分析以及实验设计上的帮助，军事医学科学院崔亚雄在脑组织切片染色上给予了很大帮助。该研究得到中科院先导、国家自然科学基金委和中组部青年千人计划的资助。 /p p 原文链接： /p p a title=" https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0896627318309590?via%3Dihub" href=" https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0896627318309590?via%3Dihub" target=" _blank" https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0896627318309590?via%3Dihub /a /p p style=" text-align: center " img title=" W020181127437669067284.jpg" alt=" W020181127437669067284.jpg" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/3fff90be-98cf-4b57-8cc3-b274f31e0e42.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　神经干细胞分泌PTN促进其子代新生神经元发育 /p p & nbsp /p