神经化学研究

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

p strong 仪器信息网、中国电子显微镜学会、中国电镜网联合报导 /strong strong ： /strong 2015年10月18日第四届全国激光共聚焦显微技术理论与应用学术交流研讨会圆满闭幕。 /p p 　　在14日下午的会议中，有一个特邀报告格外地引起了笔者的注意，来自西北农林科技大学动物医学院的赵善廷教授提到他曾与高压冷冻固定技术的发明者瑞士科学家Studer博士合作，将该技术与器官型脑片培养技术(organotypic slice culture)相结合，成功地研究了与学习和记忆密切有关的长时程效应(long-term potentiation, LTP)对突触的影响。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" dir=" ltr" img style=" WIDTH: 450px HEIGHT: 300px" title=" 00.jpg" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201510/insimg/2f90df00-d7ca-416b-bd07-44431d4c22cd.jpg" width=" 450" height=" 300" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 西北农林科技大学动物医学院的赵善廷教授 /strong /p p 　　据了解，以往的常规 a href=" http://www.instrument.com.cn/zc/1139.html" target=" _self" title=" " style=" color: rgb(0, 112, 192) text-decoration: underline " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 电镜 /span /a 技术需要先用甲醛、戊二醛等化学试剂对样品进行化学固定，但这种固定方法有三个缺点包括： /p p 　　一、无法扑捉短暂生理过程的形态变化和特征，如神经元突触小泡内神经递质的释放；二、脱水过程用酒精等有机溶剂会造成细胞和组织皱缩，使其形态和大小发生改变；三、化学固定剂特别是戊二醛可引起蛋白质变性，使其与相应抗体结合能力下降甚至丧失，导致电镜免疫组化染色失败。 /p p 　　为克服化学固定的这些缺点，上世纪九十年代末，瑞士科学家Studer博士发明了一种新的物理性电镜固定技术，即高压冷冻电镜固定技术，该技术可以在不使用任何化学固定剂的条件下五十毫秒以内将组织和细胞完全固定。 /p p 　　虽然高压冷冻技术克服了化学固定的三大缺点，但它本身也有一个不足之处：固定的样品非常小，直径不能超过1mm，厚度不能超过& amp #956 m，从而限制了它在神经生物学研究中的应用。 /p p 　　为了克服高压冷冻固定技术的缺点，将其应用到神经生物学研究中，2002年，该技术发明者Studer博士与当时正在德国弗莱堡大学医学院做博士后的赵善廷博士合作，将器官型脑片培养技术和高压冷冻固定技术相结合固定神经纤维，历时五年的不断摸索，到2007年两种技术终于完美地结合在一起。赵教授在接受本网记者采访时表示，希望能够与国内相关课题组合作，为这种样品制备方法寻找更多的应用领域。 /p p style=" TEXT-ALIGN: right" 撰稿：史秀明 /p

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

日前，安徽合肥一位读者爆料称，现在的火锅多是“化学锅”。“不仅很多涮品用了添加剂，火锅底里更是包含了多种化学添加剂。 ”曾是合肥一家火锅店大厨的王先生表示，“现在市场上80%多的火锅，都包含这样的化学底料。”(12月15日《安徽商报》) 　　相关人士介绍，添加了化学添加剂的火锅底料，经加热后会产生大量对人体有害的化学物质。虽然目前业界就这些底料对人体具体危害，还没有形成量化共识，但可以肯定的是，这些化学物质进入人体后，会慢慢累积，损伤内脏，严重的还可能致癌。这一情况不仅仅是在合肥，在南京，媒体也报道：火锅飘香剂、辣椒精和火锅红在市场上几近“泛滥”。公然危害人们身体健康的“化学锅”，已在全国呈泛滥之势。 　　更令公众郁闷的是，这两个地方的相关监管部门不是称“食品添加剂的种类太多，无法明确告知这些产品究竟能否食用”，就是说“检测食品添加剂成分的硬件要求过高，检查这一项一直以来都是个难题”，有些甚至是直接踢皮球，监管部门的如此做法，是在放任 “化学锅”一天天毒害众多无辜及对此并不知情的消费者。 　　与此相反，敢于公然曝出火锅成为“化学锅”的行业潜规则的“业内人士”，却都是因为出于内心的良知：在安徽合肥，曾在火锅店当大厨而最终改行经商的安徽合肥王先生，认为长时间吃这些化学原料“对人体非常有害”，因此觉得“太昧良心”而改行 而江苏南京的许先生，之所以由火锅店老板改行，也是因为“这钱赚得不安稳”，“有点愧疚和担心”，尽管他不能清楚知道那些添加剂究竟对人的身体是不是有害，但“他和家里人从来不吃店里的火锅。” 　　公众不知道火锅中的添加剂“对人的身体有多大危害”，说明了国家相关检测机构对于像火锅飘香剂、辣椒精和火锅红等“新生事物”的技术滞后，但是这并不等于说监管部门已经对此做到了尽职尽责。举个例子，市场上有些本该由12位数组成的“飘香剂、火锅红、辣椒精”等产品的QS号码，却由10位组成，监管部门总该知情并查处吧?在相关业内人士都因“良知”而主动站出来揭火锅已泛滥为“化学锅”时，相关监管部门却如此被动和漠然，他们迟钝的神经依然无法被刺痛。 　　一起又一起发生在我们身边的食品安全事故，促使国家相关部门的安全监管法规越来越完善和严格，但是，当遇到如此漠视职责的监管部门，即使相关法规再完善再严格，又有何用?

帕金森病（PD）和阿尔茨海默病（AD）是由基因、环境和家族因素相互作用引起的神经退行性疾病。值得注意的是免疫系统对疾病发展的影响，脑部驻留的小胶质细胞的功能障碍，会导致神经元的丧失和症状加剧。研究人员通过神经免疫系统模型来更深入地了解这些神经退行性疾病的生理和生物学方面以及它们的发展过程。不列颠哥伦比亚大学的Stephanie M. Willerth教授团队和英国诺丁汉特伦特大学的Yvonne Reinwald教授团队于2024 年 1 月 23 日在《Journal of Neuroinflammation》（影响因子：9.3）杂志上发表了题为“Modeling the neuroimmune system in Alzheimer’s and Parkinson’s diseases”的综述，介绍了神经免疫系统在三维模型和器官芯片系统方面取得的进展，以及模型在准确模拟复杂的体内环境方面的巨大潜力。 研究背景阿尔茨海默病（AD）是老年人中最常见的痴呆类型，与淀粉样斑块和磷酸化Tau蛋白的异常积累有关，虽具体原因尚不完全清楚，但与遗传和环境因素相关，诊断及早干预至关重要。帕金森病（PD）是一种神经系统疾病，主要表现为运动障碍，与聚集的α-突触核蛋白（α-syn）沉积物Lewy小体有关，相关基因变体也与其发病风险增加有关。尽管PD的确切原因尚不清楚，但其发病机制可能涉及多巴胺能神经元功能障碍以及氧化应激、线粒体功能受损、蛋白质代谢异常和神经炎症等多种因素。图1：阿尔茨海默病和帕金森病的病理生理学。 中枢神经系统（CNS）过度炎症的特征包括多种因素共同促进疾病进展，其中包括各种抗炎与促炎细胞因子的失调、CNS内小胶质细胞等免疫细胞的表型转化，以及外周细胞的巨噬细胞和淋巴细胞的招募，这些因素均导致突触丧失，成为随后认知功能障碍的最常见病理相关因素。图2：健康与病理神经免疫系统的比较:在健康的神经免疫系统中(1)小胶质细胞处于稳态和监视状态，(2)外周免疫细胞向中枢神经系统的浸润有限。在病理性神经免疫系统中：(3)小胶质细胞反应性增强，形态改变，(4)吞噬作用增加，(5)炎症标志物增加，(6)外周免疫细胞浸润增加。 研究进展1、目前阿尔茨海默病和帕金森病的治疗和临床试验针对AD，乙酰胆碱酯酶是一个常见的药物靶点，近期研究专注于开发单克隆抗体等药物以减少Aβ负荷，如lecanemab和aducanumab。此外，针对AD的临床试验正在进行中，旨在测试药物、设备和行为以改善患者认知和减缓疾病进展，而对于PD，则主要以药物和深部脑刺激为主要治疗手段，同时也在研究新的免疫调节治疗方法。 2、阿尔茨海默病、帕金森病和免疫系统的体外免疫系统模型癌症免疫系统的研究已经取得了许多成果，其中包括对3D模型的发展，这对于疾病建模和药物筛选至关重要，尤其是针对新的化疗药物和人工组织的开发。一种体外建模方案是使用细胞系，最常用的是SH-SY5Y人类神经母细胞瘤细胞系，模拟未成熟的儿茶酚胺能神经元，并可通过暴露于神经毒素或基因修饰来模拟AD或PD。然而，SH-SY5Y存在缺乏确立的培养维持程序、实验结果不一致和细胞生长的可变性等缺点，且不表现出成熟神经元的电生理和电化学特征。利用诱导多能干细胞（iPSC）创建基因准确的AD和PD模型，成为一个快速发展的研究领域，这些模型可以通过体细胞来源的iPSC诱导后，生成神经元与免疫细胞，用来构建AD和PD模型。图3：神经免疫系统的体内和体外模型的优缺点。 3、器官芯片模型在神经免疫系统研究中的新进展器官芯片平台的出现为建立体外模型提供了增强的设计和控制能力，能够模拟生物、生化、生理和机械现象，在活体器官系统中的发生。从血液-脑脊液屏障微流控模型到脑芯片模型，研究者们不断探索着复杂的生理学建模，为深入分析神经免疫相互作用提供了新的可能。这些模型不仅揭示了神经炎症在神经退行性疾病中的重要性，还为治疗干预提供了潜在途径，为了解AD和PD的潜在机制提供了宝贵的见解。同时，脑芯片模型被广泛应用于研究神经血管相互作用和神经退行性的不同方面。通过模拟神经-胶质-血管相互作用，研究人员发现了柴油排放颗粒等外源因素对AD类疾病病理特征的影响。这些研究不仅强调了神经免疫特异性行为的重要性，还突显了人类细胞模型在理解神经退行性疾病方面的关键作用。然而，尽管研究对细胞间相互作用和人类细胞模型的依赖日益增加，但对于AD和PD潜在机制的理解仍然相对有限。图4：芯片上器官的发展:示意图显示了开发和制造微流控芯片所需的步骤 先进的免疫细胞相互作用在AD和PD病理中至关重要，调节其功能可能为更有效的治疗提供希望；器官芯片模型具有模拟复杂细胞相互作用的优势，有助于深入了解AD和PD疾病机制并发现新的治疗策略。 文献索引：Balestri W, Sharma R, da Silva VA, Bobotis BC, Curle AJ, Kothakota V, Kalantarnia F, Hangad MV, Hoorfar M, Jones JL, Tremblay MÈ , El-Jawhari JJ, Willerth SM, Reinwald Y. Modeling the neuroimmune system in Alzheimer's and Parkinson's diseases. J Neuroinflammation. 2024 Jan 23 21(1):32. doi: 10.1186/s12974-024-03024-8. PMID: 38263227 PMCID: PMC10807115. 关于艾玮得生物作为一家专注于人体器官芯片及生命科学设备研发与生产的创新科技公司，艾玮得器官芯片应用全场景解决方案已能够全面覆盖新药研发评价、临床药敏检测、基础科学研究等应用领域，为科研、临床、药企等客户提供一站式解决方案。

安捷伦科技公司与大邱庆北科学技术院合作进行神经代谢组学研究 2013 年 10 月 25 日，北京 &mdash 安捷伦科技公司（纽约证交所：A）和大邱庆北科学技术院 (DGIST) 今日宣布通过开设新的 DGIST 神经代谢组学卓越研究中心，两者将建立战略合作关系。中心将在其生物标记物的神经代谢组学研究中使用安捷伦生物分析仪，以更早地检测和诊断大脑疾病。 DGIST 是韩国顶尖的大学和研究机构之一。 神经代谢组学研究的是依靠氧气和葡萄糖来维持大脑运转的一系列生化反应。在新中心，科学家和研究者将分析大脑细胞代谢物质的变化，并研究这些变化对人体生理功能和行为的影响。 今日开幕的研究中心将作为专业知识共享中心，涵盖了美国约翰斯霍普金斯大学代谢与肥胖研究中心和大邱主要的医疗机构和医院的科研能力。 DGIST 研究中心主任 Eun-Kyoung Kim 教授说道：&ldquo 神经代谢组学卓越研究中心将有助于韩国增强在大脑科学领域的实力，使得 DGIST 能对世界领先的研究做出重要贡献。通过与安捷伦合作，我们可以继续作为大脑科学发展和研究的先锋。&rdquo 安捷伦生命科学业务部韩国和南亚太地区总经理 Rod Minett 表示：&ldquo 大脑可以说是人体最重要的器官，安捷伦支持对其的探索，以帮助科学家和医疗机构为了全人类的利益进一步推动神经科学的发展。&rdquo 该中心位于大邱，计划开展神经代谢组学研究项目，该项目也涉及到其他的研究领域，如医学、神经生物学、统计学、计算机科学和系统生物学。中心可能还将会与韩国、新加坡和澳大利亚的其他主要教育和医疗机构开展联合研究工作。同时还将训练和培养科学家、研究者和化学家，以满足神经系统科学研究领域对高技能人才的需要。 安捷伦和 DGIST 从 2012 年年底便开始合作，DGIST 通过安捷伦更早地接触到研究所需的新技术和软件开发。 关于 DGIST 大邱庆北科学技术院 (DGIST) 是大邱和庆尚北道地区第一个由政府资助的研究所，有着行业领域同大邱研究开发特区相一致的全球基础设施。 拥有世界一流的师资和校园设施，并开设有各种创新课程以培养高素质的人才，他们将会在高技术研究领域、教育机构和商业风险投资企业中扮演重要角色。该机构与大邱庆北尖端医疗综合园区通力合作，致力于医疗领域的融会贯通，包括大脑相关行业、医疗和机器人行业等。DGIST 的目标是打造成为世界一流的研究型综合性大学，旨在培养从事科学和技术的优秀人才。 关于安捷伦科技公司 安捷伦科技（NYSE 代码：A) 是全球领先的测试测量公司，同时也是化学分析、生命科学、诊断、电子和通信领域的技术领导者。公司拥有 20500 名员工，遍及全球 100 多个国家，为客户提供卓越服务。在 2012 财政年度，安捷伦的业务净收入为 69 亿美元。有关安捷伦科技的更多信息，请访问：www.agilent.com.cn。 编者注：更多有关安捷伦科技公司的技术、企业社会责任和行政新闻，请访问安捷伦新闻网站：www.agilent.com.cn/go/news。

确认化学武器袭击很复杂自2011年叙利亚内战爆发以来，叙利亚使用化学武器一直是一个主要问题。2013年，有关于叙利亚古塔地区使用沙林毒气的广泛报道，随后得到了联合国的证实。很难证明化学武器的使用，因为必须首先从怀疑发生袭击的地方收集样本。这些样本可能来自空气、土壤或水中，甚至来自受害者的尸体，但在战区很难获得。样品可以使用离子迁移率光谱法等技术进行现场分析，也可以在实验室进行分析，通常使用GC-MS或LC-MS。国防大学（捷克共和国）核、生物和化学防御研究所的Tomas Rozsypal观察到，橡胶手套往往是化学袭击医疗响应人员佩戴的唯一一种个人防护装备，通常在现场处理。这种手套对化学制剂没有太大的保护作用，但它们可能是使用化学武器的证据来源。因此，Rozsyal开发了一种检测一次性橡胶手套上G型神经毒剂的GC-FID方法，可供军事法医团队在移动和传统实验室使用，并调查了攻击后能检测到神经毒剂的时间。安全第一本研究采用气相色谱-火焰离子化检测器对一次性丁腈、乳胶和乙烯基手套上的代表性神经毒剂沙林、梭曼和环沙林进行了检测。在使用这些危险的神经毒剂时，必须严格遵守安全规程，包括使用合适的通风柜、穿戴合适的个人防护装备、严格的去污程序和适当的废物处理。Rozsypal试验使用军事实验室常见的六种溶剂（己烷、二氯甲烷、乙酸乙酯、丙酮、乙腈和甲醇）从手套中提取掺入的神经毒剂，并比较了握手10分钟、涡旋0.5～5分钟和超声5或10分钟，最终选择涡旋1分钟。比较色谱背景，用己烷或乙腈提取得到最干净的痕量，几乎没有干扰峰。离心后，使用Thermo Trace 1310和TG-5MS柱（30 米 × 0.32 毫米 × 0.50 μm，也来自Thermo）和氦气（1.5 mL min-1）作为载气。在80°C下开始运行2分钟，在20°C min-1下升至130°C，然后在5°C min-2下升至150°C，最后在20°C.min-1下降至280°C，并保持2分钟。使用1µL的注射体积，注射口设置为250°C。FID检测器设置为280°，使用氮气（30 mL min-1）作为补充气体，空气和氢气分别设置为350 mL min-1和40 mL min-1。对手套上神经毒剂的稳定性进行了评估，以了解攻击后手套可以作为证据使用多长时间。寿命受到分析物的挥发性和与手套材料的结合的影响，乳胶手套的寿命最短。当然，这可能因不同制造商或材料的手套而异。从化学攻击现场收集样本既困难又危险，因此对类似于现场使用的样本处理程序进行了评估，对结果没有太大影响。使用开发的方法，可以在一次性橡胶手套上检测到化学武器的痕迹，这表明如果在化学武器袭击现场发现的手套在袭击后不久被收集起来，就可以作为证据。分析人员应注意，一些溶剂会破坏橡胶手套样品，因此在选择提取溶剂时需要小心。相关链接Rozsypal T. Contaminated disposable rubber gloves as evidence samples after a chemical attack with nerve agents. Drug Test Anal. 2023. https://doi.org/10.1002/dta.3468De Vooght-Johnson R. Detecting biomarkers of chemical weapons in hair with μLC-MS/MS. Wiley Analytical Science. 8 March 2023 (https://analyticalscience.wiley.com/do/10.1002/was.0090284 accessed 31 March 2023).UN investigation of chemical weapons use in Ghouta, Wikipedia (https://en.wikipedia.org/wiki/UN investigation of chemical weapons use in Ghouta accessed 31 March 2023).作者简介•Ryan De Vooght JohnsonRyan是一名自由科学作家和编辑。在获得仪器和分析方法硕士学位后，他在制药行业担任过各种分析开发职务，之后担任编辑职务。作为委托编辑，他创办了两本与分析化学和药物相关的期刊，《生物分析》和《治疗药物》，并管理了许多其他期刊。他现在是一名自由科学作家和编辑，以便有更多的时间与家人、自行车和分配物在一起。来源：GC-FID can detect chemical weapons on disposable rubber gloves——Sensitive, rapid detection of G-type nerve agentsSeparationGCDetectors，2023/3/30供稿：符 斌，北京中实国金国际实验室能力验证研究有限公司

安捷伦科技公司宣布与弗洛里神经学和心理健康研究所合作 此次合作将开发蛋白质中痕量金属检测技术，首次使科学家能够直接从神经退行性疾病的组织中检测金属蛋白 2013 年 9 月 19 日，北京 &mdash 安捷伦科技公司（纽约证交所： A）今日宣布与弗洛里神经学和心理健康研究所合作，这将使科研人员能够在直接从神经退行性疾病（例如运动神经元病、帕金森氏病和阿尔茨海默氏病）的组织中检测和测量蛋白质水平的金属。 对于科学家和科研人员来说，监测和测量一系列具有金属结合能力的蛋白质（金属蛋白）可能会使他们对疾病机制和正常生理过程的认识取得重大进展。 揭示金属蛋白的作用将能够更全面地反映疾病发展过程中人体组织出现的问题， 从而可以为开发针对具体金属蛋白功能障碍的治疗方法带来新的契机。 弗洛里神经学和心里健康研究所的高级研究科学家 Blaine Roberts 博士谈到：&ldquo 这是科学界的一项重要突破，推动了对一系列神经和精神疾病的更有效的治疗方法的研究。&rdquo 科研人员已经明确金属在神经退行性疾病中存在一定作用，然而金属（例如铜、铁或锌）含量变化如何转化为变异的细胞功能和疾病，人们对蛋白质水平上的分子特征却知之甚少。 韩国和南亚太地区的安捷伦生命科学部总经理 Rod Minett 说：&ldquo 我们对这次合作非常期待，因为它结合了弗洛里顶尖的大脑研究和安捷伦的尖端技术， 金属蛋白的新兴领域有助于我们更好的认识人类的大脑，并有望改善患者的临床治疗效果。&rdquo 弗洛里的金属蛋白实验室专门研究通过液相色谱与Agilent 7700 ICP-MS（电感耦合等离子体质谱法）联用技术，直接从生物材料中定量分析金属蛋白的变化。 这些技术使科研人员能够迅速对金属蛋白进行直接比较，获得详细的金属蛋白图谱，更为重要的是，揭示了存在于生物样品中的金属蛋白的范围和复杂性。 安捷伦科学和技术主管以及亚太地区合作部经理 Rudolf Grimm 博士说：&ldquo 金属-蛋白质的相互作用以及金属蛋白生物活性的研究对认识生物系统的工作机理至关重要，此次合作将会夯实安捷伦在学术研究领域的领导地位。&rdquo 关于弗洛里神经学和心理健康研究所 弗洛里研究所是世界最大的大脑研究机构之一，拥有 450 名神经学家以及两个最先进的研究场所。 该研究所还与 32 个国家和地区的研究人员合作，其发表的论文被引用的次数居全球第三。 弗洛里研究所关注多种疾病和疾病状态，例如阿尔茨海默氏病、帕金森氏病、癫痫、中风、多发性硬化症、亨廷顿氏病、运动神经元疾病、脑外伤和脊髓损伤、抑郁症和癖嗜。 关于安捷伦科技公司 安捷伦科技（NYSE 代码： A）是全球领先的测试测量公司，同时也是化学分析、生命科学、诊断、电子和通信领域的技术领导者。 公司拥有 20500 名员工，遍及全球 100 多个国家，为客户提供卓越服务。 在 2012 财政年度，安捷伦的业务净收入为69 亿美元。要了解安捷伦科技的信息，请访问：www.agilent.com。 更多关于安捷伦科技公司的技术、企业社会责任和行政新闻，请访问安捷伦新闻网站：www.agilent.com/go/news。

“天津神经工程研究中心”今天(12月23日)揭牌，它由天津医科大学和天津大学两所截然不同的高校联合组建，学术界同行到场讲了很多寄予厚望的“吉利话”，不过天大校长龚克的致辞略有不同。他说，这个新的研究中心“可以失败”。 　　龚克解释，我们对这个中心充满期待，希望它是一个做大事的研究中心，做那些有点风险、可能失败的事情，做那些以前做不成、现在也未必能做成的事情。要有点胆气，敢冒点险，我们希望能成功，但如果遇到困难、不能成功，我们也要有承受能力。 　　“中国科学技术界要敢于做这样的事情。”这位校长说。他还提出，要有点傻气，锲而不舍，不要咋咋呼呼，以杜绝投机取巧。 　　天津神经工程研究中心是我国第二个神经工程研究单位，此前，仅有清华大学建立了同类机构。 　　神经工程是近年来生命科学的前沿交叉研究领域之一，通过神经系统和机器——例如计算机——之间的沟通来研究、控制、修复和提高神经系统功能。天津医大与天大均为国内较早从事神经工程研究的高校。

“新材料之 王”是什么？ 石墨是的一种同素异形体，质软，黑灰色，有油腻感。高定向热解石墨(highly oriented pyrolytic graphite)是指热解石墨，经高温处理使性能接近单晶石墨的一种新型石墨，简称HOPG。在2004年来自英国曼彻斯特大学的科学家们从高定向热解石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，把石墨片一分为二，不断重复操作，于是薄片越来越薄，最 后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。（▲三层碳原子构成的石墨结构分子示意图）在分离出单层石墨烯之前，大多数物理学家认为，热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在。所以，石墨烯的发现立即震撼了凝聚体物理学界。但是实际上石墨烯本来就存在于自然界，只是难以剥离出单层结构。石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹就可能是一层甚至几层石墨烯。（▲由石墨烯构成的铅笔芯，图片取自央广网科普|习主席访英为何青睐&ldquo 奇迹材料&rdquo 石墨烯？2015-10-23） 石墨烯结构特点碳原子有4个价电子，石墨烯内部碳原子的3个电子生成sp2键，即每个碳原子都贡献一个位于pz轨道上的未成键电子，近邻原子的pz轨道与平面成垂直方向可形成&pi 键，新形成的&pi 键呈半填满状态。形成的石墨烯为复式六角形晶格，每个元胞中有两个碳原子，每个原子与最近邻的 3个原子间形成3个&sigma 键，剩余的一个p电子垂直于石墨烯平面，与周围原子形成&pi 键。（▲石墨烯结构示意图，石墨烯的蜂窝状晶格包括两层互相透入的三角形晶格，每个子晶格A的格点都位于其他子晶格B确定的三角形中央，共同形成石墨烯的蜂窝状晶格）（▲石墨烯结构的波失空间，石墨烯的晶体结构与倒格子，所谓倒格子是与晶格空间相对应傅里叶变换出来的波矢空间，或称动量空间）（▲石墨烯能带结构图）我们可以看出在 K 和 K&rsquo 点附近，费米面附近的电子能量E与波矢 k成线性的关系，E= F|hk|v , 其中k为准粒子动量，Vf =106 m/s，为费米速度。色散关系是近似线性的，这等效于动量与能量的关系为线性，这也就表明电子的速度为常量，并不受动量与动能的影响。在这种情况下，薛定谔方程来描述粒子的运动已经无效了，我们需要运用引入了相对论效应的狄拉克方程来描述。关于石墨烯非常高的电子迁移率的原因也是由于狄拉克点的存在，由于量子隧穿效应的影响，电子有概率穿过高于自身能量的势场。石墨烯的优势有什么？由于存在这样的特殊结构，石墨烯具备了超高的载流子迁移性，也就具备了良好的导电性和极高的信噪比以及时间分辨率。所有性能都基于结构，所以，石墨烯同样还具备轻盈，高导热性，做同样的功所消耗电力少，化学反应性强，强度高，比表面积大，高弹性高硬度等特点，发热少等优点。这么多优点又如此应用广泛，难怪石墨烯被称为&ldquo 黑金&rdquo ，是&ldquo 新材料之 王&rdquo ！2004年被发现，发现者2010年就获得了诺贝尔物理学奖，连我们的习大大都去参观了曼彻斯特大学的石墨烯研究所呢！在笔者看来最重要的一个特点是，单层的石墨烯近乎透明，对于应用场景的限制大大减少了。石墨烯如何制备？石墨烯之父采用的是机械剥离法，这个方法较为简便，将天然石墨块放在干净的二氧化硅SiO2上，上方用透明胶带反复剥离，从而得到石墨薄片。根据菲涅尔定律，在外部光源照射下，石墨烯与SiO2基底之间会因反射光强不同呈现光学反差，并且这种光学反差随着石墨样品厚度增加有着明显改变，借此办法来确定石墨烯是否为单层或多层。这个方法虽然简便，但不适合大规模生产。除此之外还有氧化还原法, 取向附生法, 碳化硅外延法, 赫默法以及化学气相沉积法(CVD)。CVD法简单说来就是用含碳有机气体为原料进行气相沉积制得石墨烯薄膜的方法，这也是目前科研机构制备石墨烯常用的方法。（▲化学气相沉积法CVD示意图）例如以铜Cu或镍Ni为基底，高温加热，并辅以甲烷作为碳源补充，使甲烷中的碳原子脱去氢，在基底上形成石墨烯。不同材质的基底对于碳原子溶解性不同，所以会产生&ldquo 石墨烯岛&rdquo 或&ldquo 石墨烯膜&rdquo ，通过控制气压高低可以获得单层石墨烯或多层石墨烯。 石墨烯的应用极高的信噪比和时间分辨率让石墨烯在生物电信号采集时具有极大的优势。目前的生物电传感器主要集中在膜片钳和微电极阵列，前者具备较高的空间分辨率，信噪比较好，但对生物体有损伤；后者没有损伤且可长时间记录生物体膜外信号，但是信噪比和空间分辨率相对较低。场效应晶体管是一种很好的代替微电极阵列的记录工具，利用场效应晶体管可以很好的记录小鼠大脑皮层或者海马区的神经电生理信号，也可以将其刺穿细胞膜来记录膜内电势差。这种技术信噪比较高，集成度也不错。石墨烯场效应晶体管和传统的场效应晶体管类似，但需要在石墨烯的表面做相应的修饰，使其能特异性识别某种分子或物质这样就既可以提高生物相容性和灵敏度，又能把石墨烯载流子迁移率高和载流子浓度高的特点发挥得淋漓尽致。上图为60通道石墨烯微电极阵列示意图，PI：1-&mu m-thick light-sensitive polyimide，即1微米厚光敏聚酰亚胺1，以此装置记录大鼠胚胎分离的神经细胞电生理活动。上图为石墨烯晶体管进行细胞电信号记录示意图，在柔性聚酰亚胺基底和透明基底(蓝宝石，玻璃，SiO2 /Si) 上制备了石墨烯液栅晶体管器件如上图所示，并用其记录小鼠初级海马神经元的神经信号2，因石墨烯材料透明的特点，同时结合倒置光学显微镜，观察细胞的光学特征。上图是石墨烯晶体管上培养的神经元细胞图，培养21天后的神经元进行免疫荧光染色2，DAPI(红色)和anti-Synapsin(绿色)染色，分别胞体和突触囊泡）机械剥离的石墨烯对心肌细胞电生理信号的记录3，A：在不同water gate potentias下记录的数据。蓝色、绿色和红色分别代表在 +0.05、+0.10 和 +0.15 V 下所记录。相应的灵敏度分别为 2020、398 和 2290 &mu S/V。B：所选栅极电位的代表性扩展峰值。蓝色类似于在石墨烯 FET 的 p 型器件极性处记录的结果，红色峰代表在n型器件极性处记录的结果，绿色峰代表在Gra-FET的狄拉克点附近记录的结果。上图为16通道石墨烯晶体管阵列记录HL-1细胞电生理信号4， 比例尺为100 &mu m。一个石墨烯场效应晶体管阵列中8个晶体管在数十秒（h）和数百秒(i)内同时记录电流的情况。图：细胞相容性测试，37摄氏度下，不同浓度纯石墨烯（上）和氧化石墨烯（下）处理Vero细胞后的存活率情况5。 石墨烯最 新应用研究近日，来自曼彻斯特大学的纳米医学实验室的研究者们利用利用石墨烯近乎透明的特点，监测脑缺血小鼠大脑皮层的电信号，并同时监测皮层血流灌注量变化情况，因为石墨烯近乎透明的性质，在激光成像下不会产生激光伪影（如下图所示）。（▲利用石墨烯透明的特点，监测脑缺血小鼠大脑皮层的电信号，并同时监测皮层血流灌注量变化情况，由RWD RFLSI Ⅲ激光散斑血流成像系统采集）总结石墨烯具备了许多神经电极活性材料的特性，如良好的相容性、化学稳定性、柔韧性、光学透明性和高导电性等，为更精 准的神经电生理研究提供了新的选择。识别下方二维码快来免费申请试用吧* 敬请期待下期内容，脑卒模型下的神经电生理相关特点。【参考文献】1：Du X, Wu L, Cheng J, Huang S, Cai Q, Jin Q, Zhao J. Graphene microelectrode arrays for neural activity detection. J Biol Phys. 2015 Sep 41(4):339-47.2. Veliev F, Han Z, Kalita D, Brianç on-Marjollet A, Bouchiat V, Delacour C. Recording Spikes Activity in Cultured Hippocampal Neurons Using Flexible or Transparent Graphene Transistors. Front Neurosci. 2017 11:466.3. Cohen-Karni T, Qing Q, Li Q, Fang Y, Lieber CM. Graphene and nanowire transistors for cellular interfaces and electrical recording. Nano Lett. 2010 Mar 10 10(3):1098-102.4. Hess LH, Jansen M, Maybeck V, Hauf MV, Seifert M, Stutzmann M, Sharp ID, Offenhä usser A, Garrido JA. Graphene transistor arrays for recording action potentials from electrogenic cells. Adv Mater. 2011 Nov 16 23(43):5045-9, 4968. 5. Sasidharan A, Panchakarla LS, Chandran P, Menon D, Nair S, Rao CN, Koyakutty M. Differential nano-bio interactions and toxicity effects of pristine versus functionalized graphene. Nanoscale. 2011 Jun 3(6):2461-4.

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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。

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。

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

● 快讯近日，同济大学医学院附属上海市第十人民医院神经内科赵延欣教授及刘学源教授课题组在细胞外囊泡与神经退行性疾病关系研究领域取得了新的进展。该项研究从小细胞外囊泡的角度为阿尔兹海默症中发生的兴奋抑制失衡提供了新见解。相关研究成果已发表在国际知名期刊《Journal of Nanobiotechnology》（IF:10.435，JCR 2区）。图1｜国际知名期刊《Journal of Nanobiotechnology》（IF:10.435，JCR2区）细胞外囊泡 (EV) 是由细胞释放到细胞外环境中的小囊泡。EVs 由脂质双层膜组成，该膜包裹着小的无细胞器的细胞质。根据它们的大小，通常分为三种类型，小EVs (sEVs) (50-150 nm)、大EVs (100-1000 nm) 和凋亡小体 ( 5 μm)。其中，sEVs 通常可通过血脑屏障 (BBB)，成为中枢神经系统 (CNS) 细胞之间通讯的关键介质，有证据表明，sEV 中的微小RNA (miRNA)参与到众多细胞和生物过程，例如神经元细胞的生长和凋亡。目前，E/I（兴奋/抑制）失衡假设被概念化为谷氨酸能和氨基丁酸（GABA）能突触输入之间的不平衡。E/I 失衡被认为是神经退行性疾病脑功能障碍的基础，包括阿尔茨海默病 (AD)、帕金森病 (PD)、精神分裂症和其他神经疾病。谷氨酸兴奋性毒性和 GABA 能神经元功能障碍似乎是 AD 中发生的神经元细胞死亡的关键原因。但是关于 E/I 失衡对AD的影响，其中的机制仍不明确。为了对该机制进行进一步阐释，赵延欣教授及刘学源教授团队在本研究中用谷氨酸/GABA/PBS 处理原代培养的神经元，并分离出 sEV。然后，将不同来源的 sEV 添加到用 Aβ（β淀粉样蛋白）处理的神经元或注射到 AD 模型小鼠中。此后对经 Aβ 治疗的小鼠和神经元进行了评估。经GABA 处理的神经元释放的 sEVs 减轻了 Aβ 诱导的损伤，而谷氨酸处理的神经元释放的 sEVs 加重了 Aβ 的毒性。此外，本研究通过 miRNA 测序比较了从谷氨酸/GABA/PBS 处理的神经元中分离的 sEV 的 miRNA 组成。该研究进一步表明，sEV 中 miR-132 的变化加速了表征病理的生化改变。图2｜实验方案示意图分离原代神经元后，用谷氨酸/GABA/PBS 处理原代培养的神经元，并分离出 sEV。将不同来源的 sEV 添加到用 Aβ 处理的神经元或注射到 AD 模型小鼠中，并对小鼠进行MWM测试。文章中，在评估在小鼠体内系统传递的 sEVs 的分布的实验中，使用了博鹭腾AniView100多模式动物活体成像系统拍摄。该实验中使用近红外染料DiR进行标记，同时进行了阴性对照实验（仅注射 DiR，不注射 sEV）。通过 APP/PS1 小鼠的尾静脉注射 DiR 标记的 sEV，使用Aniview100活体成像系统在注射后 24 小时拍摄小鼠的图像并评估分布情况。在带有 DiR 标记的 sEV 的小鼠的大脑和重要器官中均检测到荧光。随后，处死小鼠，取出器官并成像，目的为识别荧光信号来源的器官并使信号干扰最小化。此外，为了排除游离染料干扰实验结果的可能，在收集器官前用不含 sEV 的游离 DiR处理小鼠。实验结果显示，脑、心、肝、肺、脾、肠、肾均呈不同程度荧光。图3｜sEV的体内外分布情况在注射 DiR 标记的 sEV 后 24 小时，使用活体成像系统对A - C活小鼠进行成像。a)、小鼠背面成像b)、小鼠腹侧成像c)、收集指定器官后使用活体成像系统成像本研究中证明了 sEV 的功能可以受神经递质平衡状态的调节，并对神经元中的 Aβ 毒性有不同的影响。并且该研究从 sEV 的角度为 AD 中发生的 E/I 失衡提供了新见解，并表明通过GABA 能系统对 sEV 进行生物学改造可能是预防或减轻 AD 发病机制的治疗途径。论文链接：https://doi.org/10.1186/s12951-021-01070-5

美国马萨诸塞州Cambridge和新泽西州Piscataway 2005年8月11日消息 —— 通用电气公司下属的医疗集团（GE Healthcare）宣布与哈佛大学神经退行性变及修复研究中心（HCNR，Harvard Center for Neurodegeneration & Repair）合作，采用其尖端的细胞成像系统 IN Cell Analyzer，加强对例如帕金森氏病（Parkinson’s disease）和阿尔茨海默氏病（Alzheimer’s disease）的神经退行性疾病以及人类中枢神经系统的研究。此外，HCNR和通用电气医疗集团将共同开发新的分析软件，以加快此类疾病的实验室研究工作。 通用电气医疗集团的IN Cell Analyzer 是一种卓有成效的高速细胞成像系统，在疾病机制研究和药物开发过程中，研究机构和制药企业的科研人员都可以使用它来分析细胞的各种生理过程。通过与通用电气医疗集团的合作，HCNR将致力于探索治疗神经退行性疾病的新方法。在科学家破解帕金森氏病、阿尔茨海默氏病、亨廷顿病（HD，Huntington’s disease）、ALS病（Lou Gehrig’s disease）和多发性硬化（MS，multiple sclerosis）等疾病的分子和病理机制的征途上，这种新的成像系统将起到巨大的推动作用。 HCNR生物信息学中心主任、哈佛医学院放射学副教授Stephen Wong（PhD, P.E.）说：“目前医学界对严重影响大脑功能的神经退行性疾病仍然所知甚少，这种合作使我们有可能对它有更多的了解。通过IN Cell Analyzer，研究人员能更清楚地观察细胞，分析细胞对特定药物的反应过程。这就使我们能够更有效地研究复杂的神经生理过程，而这种过程对诸如帕金森氏病和阿尔茨海默氏病这类疾病的进展至关重要。” 通用电气医疗集团Discovery Systems部门的负责人Joel McComb说：“我们相信，将GE创新的疾病研究技术与HCNR的重大突破结合，必将大大提高未来医疗保健的质量和患者治疗的成效。” 神经退行性疾病在美国 - 帕金森氏病、阿尔茨海默氏病、HD、ALS和MS均属于神经退行性疾病。 - 在美国，除了目前已有的150万帕金森氏病患者以外，每年约会新增60,000名病例（详见www.parkinson.org）。 - 目前约450万美国人患有阿尔茨海默氏病，并且这个数字还在持续增长，到2050年患有此病的人数可能达到1130万至1600万（详见www.alz.org）。 - 以当前美国人口计，将会有超过300,000人死于ALS病（详见www.projectals.org）；美国每年约有5,600多人被诊断患有ALS病（每天大约新增15名患者）；在任意一个时间，均有约30,000美国人患有ALS病（详见www.alsa.org）。 - 每10,000个美国人中就有1个患有HD病，超过200,000人存在罹患这种致命遗传疾病的风险（详见www.hdsa.org）。 - 目前超过200,000美国人正在遭受多发性硬化的折磨，每周新增病例20余人（详见www.nationalmssociety.org）。 关于通用电气医疗集团 通用电气医疗集团革命性的医疗技术为疾病治疗开辟了一个崭新的时代，其在医学成像和信息技术、医疗诊断、患者监护和生命支持系统、疾病研究、药物开发和生物制药方面都具有丰富的专业经验，致力于疾病的早期诊断和针对不同患者提供个性化医疗服务。通用电气医疗集团提供范围广泛的产品和服务，使我们能够更好地诊断和治疗包括癌症、心血管疾病和神经系统疾病在内的各种病症，从而大大提高医疗保健和疾病治疗的水平。 通用电气医疗集团是通用电气公司（NYSE: GE）的下属企业，年营业收入达150亿美元，总部设在英国，在全球范围内拥有超过43,000名员工，致力于向世界100多个国家的医疗专业人士及其患者提供医疗服务。欲了解更多有关通用电气医疗集团的信息，请访问我们的网站www.gehealthcare.com。 关于哈佛大学神经退行性变及修复研究中心（HCNR） HCNR创办于2001年，汇集了来自于哈佛医学院、Beth Israel Deaconess医学中心、Brigham妇女医院、儿童医院，Dana Farber癌症研究所、麻省总医院和McLean医院的神经科医师和神经病学专家。2003年，麻省眼耳科医院以及Schepens 眼科研究所加入HCNR。2004年秋季，HCNR终于囊括了在哈佛工作的全部相关研究人员。 HCNR的目标是将基础神经科学中的发现尽快应用于临床，缓解神经退行性疾病对人类健康的影响。其策略是把志趣相投的科学家组织成一个具有专一目标的研究团体，并将此方法作为全面了解这类疾病的最佳途径。由于人数众多的研究人员来自于各个专业，因此HCNR建立了一种无界限合作的、精简高效的组织结构来减少重复工作。欲了解更多有关HCNR的信息，请访问我们的网站www.hcnr.med.harvard.edu。

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。

自然灾害或交通事故引起的周围神经损伤，会导致严重的感觉功能缺损和运动功能受损，使患者终身残疾。因此周围神经修复是神经外科面临的巨大挑战。近日，清华大学材料科学与工程学院王秀梅教授课题组通过静电纺丝和分子自组装构建了一种纤维蛋白/功能化自组装多肽(AFG/fSAP)互穿纳米纤维水凝胶，AFG/fSAP可以同时向受损的神经组织提供物理支撑、定向引导、神经营养和血管生成等多种调控信号。将AFG/fSAP原位移植于大鼠的坐骨神经损伤区域后，其可以通过调控损伤部位内神经元、神经胶质细胞、血管内皮细胞等多种细胞的行为，最终促进组织再生和运动功能重建。该研究进展发表在材料类国际知名刊物《Bioactive Materials》上。岛津分析中心应用工程师黄军飞参与材料性能表征，采用岛津SMX-225CT FPD HR完成了AFG/fSAP纤维蛋白取向分布的表征工作。 Bioactive Materials 8(2022)529-544 纤维蛋白取向分布 图1显示了micro-CT表征AFG和AFG/fSAP纤维取向。A1和B1显示了使用不同颜色表征纤维蛋白取向；A2和B2显示了使用箭头表征纤维蛋白取向；A3和B3显示了使用箭头和不同颜色同时表征纤维蛋白取向。CT结果显示AFG的纤维分布在- 10°~ 10°之间，而AFG/fSAP的纤维分布在- 15°~ 15°之间，这表明添加fSAP对初级纤维蛋白纳米纤维的排列没有太大影响，因此论证了AFG/fSAP中的纤维蛋白取向良好。 图1 CT表征AFG和AFG/fSAP纤维取向 岛津CT，科研好帮手 inspeXio SMX-225CT FPD HR Plus是一款高性能微焦点X射线CT系统，是采用岛津自行研制的微焦点X射线发生器和大型高分辨率平板检出器制造的仪器。 1采用大型高分辨率数字平板检测器，输入相当于最多1400万像素，实现大视野、高分辨率拍摄。 2改进了岛津自主研发的微焦点X射线发生器，大幅度提高了射线线量。与平板检出器的闪烁体的最佳组合可获得高输出和高对比度两者兼顾的图像，最高可使用CT分辨出4微米的JIMA线对。 3系统增加的新功能使得无论是谁都能够轻松地通过优化系统拍摄CT图像，检出器分辨率的提高配合超高速演算处理系统HPCinspeXio，使演算速度得以进一步提升。 无论是科研院校的材料及生物研究，还是工业正在研发的复合材料（GFRP、CFRTP）和大型铝合金压铸件产品，这款仪器能够完成用于多种样品所需要的研究、开发和检查的实验。 图2 SMX-225CT FPD HR Plus微焦点X射线CT系统 图3 AFG/fSAP纤维取向动画 专家心声 杨淑慧博士 文章第一作者杨淑慧博士表示：水凝胶材料性质独特，易受外界环境的影响，因此其形貌分析需要可靠的仪器设备和技术支持。岛津inspeXio SMX-225CT FPD HR Plus对定向纤维水凝胶的取向性进行表征并三维重建。该技术实现了对生物样品形貌的直观观察和分析，弥补了其他方法的不足，是先进材料表征手段的未来发展方向。 *本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。 撰稿人：黄军飞

&bull 采访布鲁克BioSpin的生物安全负责人MRI技术在临床前神经科学研究中的重要性神经科学研究如何帮助我们进一步了解脑机能我们可以使用核磁共振成像（MRI）提供大脑的二维或三维图像，用于研究其解剖构造、功能或分子机制……或这三者的结合。MRI的好处在于，研究人员可以选择把重点放在解剖兼功能层面或是分子层面。体内神经影像学能给我们提供关于大脑功能和代谢的哪些信息？使用一种称为扩散MRI的技术，我们能够以非侵入性和非破坏性的方式，追踪整个大脑的轴突方向，并创建大脑的连接图。在功能性方面，我们有多种选择。功能MRI（fMRI）使我们能够在大脑思考时观察它。这项技术属于临床标准，在过去十多年里，我们已经能够将其应用于包括大鼠和小鼠在内的动物。fMRI不需要造影剂。我们只需监测由于氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白转换而产生的细微信号变化，即可清楚地检测大脑活动。此外，我们还能监测脑血流的变化，这是一个重要的标志。在中风研究中，我们可以看到受影响的大脑区域，其精确度可能比大多数其他非破坏性方法更高。活体波谱可以研究体内的代谢物。借此，我们可以获得大脑区域的化学“指纹”。这些区域的大小通常为几毫米立方，定域活体波谱使我们能够识别和量化其中的数十种代谢物，包括与大脑能量通路有关的主要神经递质和分子。并非所有生物学家都了解MRI技术，为什么？MRI通常不属于生物学课程范畴。医学博士会接受关于MRI的基本培训，如果最终成为放射科医生，还会接受进一步的相关训练。但对于生物学家而言，他们与MRI的接触始于将其用于解决生物学问题。我以前兼修生物学和化学课程，而关于NMR和MRI的所有基础知识，我是在化学课程中学到的。如果我只学习生物学，我将对MRI的巨大潜力一无所知。每个生物学家都会学习如何使用光学显微镜，但除非所在大学配备有临床前MRI扫描仪，他们很难对MRI技术有所了解。布鲁克的MRI应用专家已经将他们的知识融入到预先优化的协议中，即使用户对MRI不甚了解，也能快速解答生物学相关问题。请概述MRI和PET/MRI在基础神经科学研究中的应用和重要性。PET缺乏解剖学信息。一般来说，使用PET，您可以追踪示踪剂在体内的任何位置，而您最终看到的只是功能化示踪剂所在的区域。如果您单独使用PET，则无法确定这些活动区域在体内的位置，因为没有解剖学相关参照。而使用PET/MRI组合，通过在灰度高分辨率MRI图像上的彩色PET图像，您可以高精度地看到示踪剂的确切位置。PET和MRI结合的重要性和美妙之处在于，您可以同时执行这两种操作，并从MRI中获得出色的软组织对比。与其他方法相比，这些成像技术有什么优势？除了非破坏性之外，还有一个事实是，我们可以使用更少的动物获得更多的信息。您可以实现更大的统计相关性，因为您可以使用扫描仪在数周或数月内反复研究同一只动物。在每个研究时点后，动物不会被处置。相反，我们扫描整个队列，从所有动物那里获取全部信息。每只动物都作为自己的对照。这减少了许多临床前研究固有的生物散射问题。我认为这是一个经常被忽视的巨大优势。临床前研究的发现能完全转化为临床应用吗？临床前脑成像能做到临床上不可能做到的事情吗？是的，可以转化。对动物使用PET和MRI成像与在医院对患者使用临床仪器进行的操作相同。当然，临床前成像也有好处，比如在进入临床前测试新的疾病治疗方法。您还可以使用基因剔除模型来研究疾病进展的机制。请介绍用于临床前神经科学研究的布鲁克仪器吧：早在40多年前，我们就推出了一系列临床前MRI扫描仪，在市场上处于领先地位。布鲁克的临床前MRI扫描仪品牌称为BioSpecs，有各种不同的版本。您可以从一系列磁场中进行选择。磁场越强，通常成像效果越好。您还需要确定孔径，也就是磁体内部的小通道， 动物在检查时就躺在里面。小孔径扫描仪只能容纳一只小鼠，而其他较大孔径扫描仪可以容纳大鼠甚至更大的动物。我们的PET扫描仪也设有供大鼠和小鼠使用的小通道。我们还提供PET和MRI的组合。在其中一款PET/MR设计中，PET通道设在MRI通道的前面，所以这两台机器是相邻的。动物安置在一种类似单轨的轨道上，首先进入PET通道进行快速扫描。然后将其向前移动约20英寸，在 MRI扫描仪中定位，执行MRI扫描。在另一款PET/MR设计中，小型PET环直接安装在MRI通道中，使动物能够直接进入MRI扫描仪的中心，这也是PET扫描仪的中心，可以实现同时扫描。这种仪器已用于研究哪些临床前疾病模型？是否能够帮助确定任何潜在的治疗方法？嗯，应用非常广泛，从阿尔茨海默氏症和帕金森氏症模型到记忆、衰老和认知衰退模型等等。这种仪器也用于中风研究。通过在啮齿类动物中人为地诱发中风，我们可以对受影响的大脑区域进行量化，这可能比任何其他不涉及解剖大脑的方法都更有效。许多制药公司在药物研发中使用布鲁克扫描仪。

p 　　正如医生们使用超声波检查，CT和MRI扫描身体，天文学家利用太空望远镜，自适应光学器件和不同波长的光线进一步观察宇宙，神经科学家们也在寻求新的方法来观察大脑内部的结构。 strong 最近出现的三光子显微镜让他们比以往更深入地了解脑细胞。 /strong 现在，基于对该技术的实质性改进，麻省理工学院的科学家们已经开展了第一项研究：通过每个视觉皮层，特别是下面神秘的“亚平面”结构，观察活跃小鼠大脑的神经活动。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201901/uepic/c9fa18d7-98e2-4073-be2a-d7d4a6eb1847.jpg" title=" 2.png" alt=" 2.png" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(127, 127, 127) " 图片来源：Murat Yildirim et. al. /span /p p 　　该研究发表在Nature Communications杂志上，研究小组表明，当老鼠受到视觉刺激时，他们可以测量所有六层视皮层和亚平面中神经元之间的活动模式，提供小鼠如何处理视觉信号的信息。此外，通过一系列仔细的实验，研究人员能够证明他们发出的光线，以及回收的光线，既没有损坏，也没有改变他们测量的细胞的特性。 /p p 　　总之，本文描述了一种 strong 新型三光子显微镜，该显微镜经过优化，能够提供快速，短，低功率的光脉冲，能够在不引起任何功能性干扰或物理损伤的情况下到达深部目标，然后检测由细胞发出的荧光。高效率地生成具有清晰分辨率和快速帧速率的图像 /strong 。 /p p 　　“我们有动力展示我们可以用三光子显微镜技术处理清醒状态下的动物，这样我们就可以提出神经科学的重要问题，”Yildirim说。 “你可以认为你拥有世界上最好的显微镜，但在你问这些问题之前，你不知道你会得到什么结果。” /p

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。

新华社天津8月19日电 两天来，一则关于天津港爆炸核心区检测出神经性毒气的新闻受到了广泛关注。正在天津爆炸现场执行救援指导任务的军事医学科学院化武专家组指出，爆炸现场根本不可能产生神经性毒气，所谓“神经性毒气”之说属“重大误判”。　　17日晚，一则媒体报道称，天津港爆炸现场检测出神经性毒气，指标达到了最高值，甚至认为爆炸区内的多种危化品都可能产生这类物质。国家神性经毒剂中毒救治标准的起草者，国际同类标准的主要参与人员之一的军事医学科学院王永安研究员说，神经性毒气的标准说法应该是神经性毒剂，是毒性极强的化学物质，其毒性比氰化物高几十倍，合成极为复杂，而从爆炸现场探明化学原料，结合神经性毒剂的核心原料和生产条件来看，事故现场根本没有产生神经性毒剂的可能。　　军事医学科学院专家、联合国禁止化学武器组织专家丁日高认同王永安的观点：“只要具备专业常识，就知道这绝不可能。”　　同在现场执行任务的总参谋部防化指挥学院专家王宁也持同样观点：“我们看到这则报道时都很吃惊。”　　“一般的测量仪器出现误报很常见。”王永安说，从电视来看，现场使用的仪器并非行业中认定的可以准确确定检测结果的“金标准”仪器。　　军事科学院毒物药物研究所研究员聂志勇、全军中毒救治中心王汉斌主任医师同时介绍，到目前为止，专家组并没有听说有神经性毒剂中毒病例。王汉斌认为，危险化学品检测及判读应当依据科学程序来进行。“此次重大误判，源自于对仪器检测的结果没有进行常识性分析解读。”　　王永安介绍，一般来说，对于这种容易发生误判的一般仪器检测出的结果，应当首先进行基于专业常识的分析判断，其次应与其他仪器检测出数据进行综合比对，如果仍有疑问，就应该用质谱等高级的“金标准”仪器进行确认，特别是神经性毒剂这种毒极性大、极易引发恐慌的化学品，尤其应该谨慎确认。　　“现在民众的关注点多集中在大量危化品的危害上，应强化监测数据的实时发布，让公众能动态得知环境情况和数据。”王永安说，但监测数据必须准确可靠，建议媒体在采访时，应选择真正从事该领域研究的专家，避免因为不当解读而引发不必要的恐慌。

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。

近日，中科院大连化学物理研究所研究员卢宪波和研究员陈吉平团队在电化学生物传感器的研发中取得新进展。团队设计合成了一系列二维导电金属有机框架（cMOFs），在此基础上制备的生物传感器展现出优异的电化学性能，实现了多种介质中神经毒剂的超灵敏抗干扰快速检测。相关成果发表在《分析化学》上。由于MOFs超高的孔隙率、巨大的比表面积以及可调整的结构和性能，各个领域已经对其展开了广泛的研究。然而，绝大多数MOFs的固有绝缘特性，阻碍了其在电子器件中的应用。卢宪波和陈吉平团队一直致力于新型纳米传感器在环境污染物快速检测上的应用研究。神经毒剂的急性毒性可致人、动物等死亡，其在化学中毒性疾病发病占比最高，亟需发展快速、廉价的检测方法满足应急检测需求。该工作中，团队合成了一系列基于不同金属中心和共轭有机配体的cMOFs，其良好的导电性和稳定性以及纳米尺度上活性位点的有序排列展现出对提高传感器关键性能的优异协同效应，而良好的导电性源自于金属中心和共轭配体之间的面内扩展d-π共轭。研究人员通过对cMOFs结构的原子级调整，发现了金属中心的种类以及孔径大小在电化学性能中的决定性作用。超小的羟基苯醌配体（THQ）具有明显的二维螯合效应，进一步提高了cMOF的导电性和稳定性。团队开发了基于cMOFs的电化学生物传感器，发现基于Cu3(THQ)2的传感器性能优异，通过显著降低信号底物的氧化电位提高了传感器的抗干扰能力，同时传感器灵敏度提高达到一个数量级。研究进一步证明了Cu3(THQ)2上密集的混合价铜和分析物之间电荷转移的重要作用，实现了多种介质中神经毒剂的超灵敏抗干扰快速检测。这项研究展示了cMOFs作为新型电极材料在电化学传感上的巨大潜力。

《化学会评论》当期封面 　　生命体系中诸多基本结构单元在特定的环境下，能自发地进行自组装，形成各种各样的纳米结构。在细胞生命活动中，蛋白的折叠和展开起到了至关重要的作用，蛋白质的错误折叠能够导致神经性疾病的发作，例如阿尔兹海默症(Alzheimer's Disease)。实际上，淀粉样纤维的形成是这类疾病的一个共同特点，通过对与淀粉样纤维形成相关蛋白、多肽甚至寡肽的序列和有效分子识别单元的研究，人们能够设计生物启发的自组装构筑基元，进而用于材料的设计和制备。 　　在科技部、国家自然科学基金委和中国科学院的共同支持下，化学研究所胶体、界面与化学热力学院重点实验室研究人员近几年来一直致力于“仿生体系分子组装”方面的研究，并取得了系列研究成果，在英国皇家化学会综述期刊《化学会评论》 (Chem. Soc. Rev., 2010, 39, 1877-1890) 上发表了题为Self-assembly and application of diphenylalanine-based nanostructures的综述文章，系统地介绍了该小组近几年来在肽基分子组装方面的工作，并被选为该期的封面论文。 　　该课题组基于分子仿生的概念，利用不同肽作为自组装基元，构筑了一系列肽基纳米结构，由此组装的肽纳米结构材料在应用方面展示出其独特的优势，如在生物医药领域用于组织工程、药物输运、生物成像和生物传感等。其也可作为模板材料用于各种各样功能性纳米结构的制备。肽分子自组装可在分子水平上进行设计和功能化，从而控制组装体的形状和结构(Angew. Chem. Int. Ed.2007, 46, 2431 Chem. Eur. J. 2008, 14, 5974.)，这有利于我们理解生物体里一些结构的形成和调控现象。在某些条件下，这样的肽分子能够自组装成纳米纤维，最终形成宏观的凝胶网络结构(Chem. Mater. 2008, 20, 1522 Chem. Eur. J. 2010, 16, 3176.)。另外，为了赋予纳米生物材料新的特性，发展了一些新的构建策略，制备生物有机-无机复合材料。例如，将阳离子寡肽与荧光量子点结合制备生物兼容的三维胶体球，可用于活体细胞的标记(Small, 2008, 4, 1687) 与多价阴离子结合构建适应性的杂化超分子网络，可用于多种尺度客体材料的包封，在药物控释方面有潜在的应用(Adv. Mater.2010, 22, 1283)。

存算一体及人工智能神经网络芯片采用非冯诺依曼架构体系，可大降低数据的访问延迟和传输能耗，提升计算速度。SOT-MRAM以其高速、高耐久度等优点，在此类应用中将发挥巨大的优势。当前，存算一体和人工智能神经网络芯片领域亟需一种全线性的多态存储器件（图1b），以便为人工智能神经网络的神经元、突触、存内计算等提供硬件支撑。但现有的SOT多态磁性存储器件及其他类型的存储器件大都是非全线性的（图1a），其输入-输出曲线的部分区域为线性，其他部分为非线性区，要使器件工作在线性区需要额外的时间、能耗和电路开销，阻碍了其在高速、低功耗和高集成密度的存算一体及人工智能神经网络芯片方面的应用[1]。图1、（a）目前的多态存储器件，（b）理想的全线性存储器件，（c）目前电流磁化翻转曲线，（d）通过调节DMI和交换耦合实现的线性磁化翻转曲线。 今年5月，微电子所杨美音副研究员和博士研究生李彦如为共同作者，微电子所先导中心罗军研究员和半导体所王开友研究员为通讯作者，在Physical Review Applied期刊上发表了题为“All-linear multistate magnetic switching induced by electrical current”的学术论文[2]，该团队合作研制出全线性的电流诱导多态自旋轨道矩（SOT）磁性存储器件，并实现了低能耗、可编辑的突触功能，对基于SOT-MRAM的低功耗存算一体逻辑和神经形态计算提供了一种新方法。图2、（a）离子注入引起的全线性磁化翻转，（b）局域离子注入注入实现的可编译的突触功能。 为了获得全线性的多态磁性存储器件，该团队在理论上模拟调节磁性材料中的“DMI效应”和“交换耦合效应”的比例，发现可将非全线性的磁化翻转曲线调控成全线性的磁化翻转曲线（图1c，d）。该理论预测的结果获得了实验验证。该团队在本次工作创新的采用离子注入工艺，成功调节了普通磁性材料中“DMI效应”和“交换耦合效应”的比例，实现了SOT磁性存储器件的全线性磁化翻转（图2a）。同时，通过局域的离子注入，实现了无外场的线性多态存储和突触功能。该突触可在同一超低电流脉冲下实现兴奋和抑制功能，并具备可编译特性。图3 面内场Hx下垂直磁场脉冲作用的磁畴壁运动速度。样品(a) S1, (b) S2, 和 (c) S3. 插图分别是面内场Hx（负、零和正）下的磁畴壁运动的轨迹。(d) 测量的A和D值。本项工作中样品的磁动力学过程观测，磁畴壁运动速度和DMI作用测量的工作由北京航空航天大学张学莹老师组合作提供（如图3），此系列测量表征工作利用了北航-致真团队自主研制的多功能高分辨率磁光克尔显微成像系统，该系统除了能够获得高分辨率的动态磁畴观测外，在磁性薄膜材料和自旋电子器件动力学分析领域也有着突出的优势，它自带了磁场探针台，能够让用户利用软件定义电、磁等多种想要的波形，在进行电输运测量的同时，观察器件磁畴的变化，一键触发后，在样品上同步施加垂直/面内磁场、电流脉冲、微波信号，并同步采集克尔图像信息，能够直观、高效、无损地测量多种参数，包括饱和磁化强度、各向异性强度、海森堡交换作用强度和DMI强度等，是传统的磁光克尔显微镜所不具备的。 图4 多功能高分辨率磁光克尔显微成像系统 产品基本参数：☛ 向和纵向克尔成像分辨率可达300 nm；☛ 配置二维磁场探针台，面内磁场高达1 T，垂直磁场高达0.3 T（配置磁场增强模块后可达1.5 T）；☛ 快速磁场选件磁场反应速度可达1 μs；☛ 可根据需要选配直流/ 高频探针座及探针；☛ 可选配二次谐波、铁磁共振等输运测试；☛ 配置智能控制和图像处理系统，可同时施加面内磁场、垂直磁场和电学信号同步观测磁畴翻转；☛ 4K~800K，80K~500K 变温选件可选。 参考信息：[1] http://www.ime.ac.cn/zhxx/zhxw/202105/t20210521_6036245.html[2] M Yang et al., PHYSICAL REVIEW APPLIED 15, 054013 (2021)

对栖息于这颗蓝色星球上的生命而言，光是一切生命产生的源动力，也是生命体最重要的感知觉输入之一。同时生命体根据外界环境条件控制体内营养物质的代谢平衡是生存的必须，而代谢紊乱会产生严重疾病，哺乳动物已经进化出了精确和复杂的调控网络用于持续动态调控血糖代谢。大量公共卫生调查显示夜间过多光源暴露显著增加肥胖和糖尿病等代谢疾病风险，那么光作为最重要的外部环境因素，其是否直接调控血糖代谢？其中涉及哪类感光的细胞、何种神经环路以及外周靶器官，这些方面的问题一直没有得到解答。 　　1月20日，中国科学技术大学生命科学与医学部教授薛天研究团队在《细胞》(Cell)上，在线发表了题为Light modulates glucose metabolism by a retina-hypothalamus-brown adipose tissue axis的研究成果。该工作发现了光直接通过激活视网膜上特殊的感光细胞，经视神经至下丘脑和延髓的系列神经核团传递信号，最终通过交感神经作用于外周的棕色脂肪组织，直接压抑了机体的血糖代谢能力。值得指出的是，这项工作不但在小鼠动物模型上系统回答了光调节血糖代谢的生物学机理，在人体试验上也发现了同样的现象，显示光调节血糖代谢可能广泛存在于哺乳动物界。 　　研究人员首先对小鼠和人执行葡萄糖耐受性检测(GTT)，发现数个小时的光暴露显著降低了人和鼠的血糖耐受性。哺乳动物光感受主要依赖于视网膜上的各类感光细胞。除了经典的视锥(Cones)视杆(Rods)细胞介导图像视觉感知之外，光也能直接激活视网膜上的第三类感光细胞视网膜自感光神经节细胞(ipRGC)，它依靠自身表达的视黑素(Melanopsin)对波长靠近480nm的短波长蓝光敏感。ipRGC支配诸多下游脑区进而调控如瞳孔对光反射、昼夜节律、睡眠和情绪认知功能。光降低血糖耐受性通过何种感光细胞介导？通过基因工程手段，研究人员逐一使视网膜各类感光细胞丧失感光能力，发现光诱发血糖不耐受由ipRGC感光独立介导(图1)。 　　接着研究人员进一步探究视网膜至脑内的哪些核团参与光调节糖代谢。下丘脑是调控机体代谢的重要区域，其中与ipRGC有较密集连接的是下丘脑视交叉上核SCN和视上核SON核团。已知数周异常光照模式能够通过影响节律中枢SCN，造成生物钟节律失调，进而间接影响到血糖代谢功能。研究人员分别损毁或利用化学遗传手段操控ipRGC投射的SCN和SON核团，发现了光急性降低血糖耐受性这一过程独立于生物钟节律系统，而由ipRGC-SON的神经环路直接介导(图1)。 　　结合大量神经环路示踪和操控手段，研究人员进一步发现ipRGC→SONOXT(视上核内催产素(Oxytocin)能神经元)→SONAVP(SON内抗利尿激素(Vasopressin)能神经元)→PVN(下丘脑室旁核)→NTSVgat(孤束核的GABA能抑制性神经元)→RPa(中缝苍白核)这样一条脑内六级长程神经环路介导光降低血糖耐受性(图1)。 　　光影响血糖代谢必然通过外周血糖代谢的器官来执行，考虑到在环路水平上光降低血糖耐受通过中缝苍白核RPa，该核团是调节棕色脂肪组织(BAT)活性的交感前运动神经的主要部位。因此研究人员将研究锁定在棕色脂肪组织，而棕色脂肪组织的重要作用之一是代谢葡萄糖或脂肪，直接产热以维持体温稳态。研究人员发现光能显著压抑棕色脂肪组织的温度，进一步通过阻断交感神经对棕色脂肪组织的投射、以及利用热中性环境温度压抑棕色脂肪组织活性的手段，确定了光降低血糖耐受性是通过压抑脂肪组织消耗血糖的产热所导致(图1)。 　　夜行性的小鼠和昼行性的人类在诸多光调控的生理过程中表现既有相反也有相同的效应。光是否同样降低人的血糖耐受？研究人员分别使用ipRGC敏感的蓝光与ipRGC不敏感的红光，测试人在不同波长光线照射下的血糖耐受性。结果显示在蓝光照射下人的血糖耐受性显著下降。进一步研究人员将被试者处于热中性温度环境中(热中性温度下棕色脂肪组织活性被压抑)进行了血糖耐受性测试，结果显示光不再压抑血糖耐受。上述实验提示光降低人的血糖耐受性可能也是由ipRGC感知光线且通过影响棕色脂肪组织的活性所介导(图2)。 　　对这项工作的几点启示： 　　Nothing in biology makes sense except in the light of evolution，光压抑血糖代谢这一神经生理功能可能用于动物快速响应不同太阳辐照条件，以维持体温稳态。在户外环境中太阳光可以为动物提供大量的热辐射，这可以满足部分的体温维持需求，而在动物进入洞穴或树荫等诸多太阳光辐照显著降低的环境中时，机体就需要迅速响应这种辐照减少带来的热量输入损失。光通过这条“眼-脑-棕色脂肪”通路快速减低脂肪对葡萄糖的利用以降低产热，在光辐照减少的时候，棕色脂肪不再被光压抑，快速代谢血糖来维持体温稳态。 　　冷暖光也许并非单纯心理作用，可能存在生理基础。日常生活中短波光环境(蓝)让人感觉到凉爽，而长波光环境(红)让人觉得温暖，因此它们才被赋予了冷暖光的定义。冷暖色一直被定义为心理上的冷热感受。这项研究发现对短波长光敏感的ipRGC在蓝光下压抑脂肪组织产热，而在红光下脂肪组织处于活跃状态。因此我们在进入蓝光环境下产生的那种“冷”的感觉，有可能是由于脂肪产热被压抑而产生的真实感受。 这条光调控脂肪组织活性的环路可能是心理上冷暖光的生理结构基础。 　　工业化时代的代谢疾病—人造光源增加机体代谢负担。该项工作在人体的研究结果显示，昼夜节律会造成夜间人体的糖代谢能力相较白天更低，而光压抑血糖代谢是直接叠加在节律造成的夜间血糖代谢能力下降之上的(图2)。因此在夜间同时有光暴露的条件下，人体血糖代谢能力最差。工业化社会中，人类长时间的在夜间暴露于人造光源之下，加上现代人夜间饮食习惯给机体带来双重代谢负担进而可能诱发代谢疾病。大量公卫卫生学证据已经证实了这一点，最近瑞金医院宁光院士团队涉及近10万人的研究显示，夜间长期暴露于人造光下会增加血糖紊乱及糖尿病的患病风险。 　　这项光调节血糖代谢的机制研究，提示现代人健康生活应关注光线环境的健康，针对夜间光污染造成的罹患代谢疾病风险提高，应考虑生活环境中夜间人造光线的波长、强度和暴露时长。这项工作发现的感光细胞、神经环路和外周靶器官可为将来干预此过程提供潜在靶点。 　　研究工作得到国家自然科学基金、科技部、科学探索奖、中科院稳定支持基础研究领域青年团队项目、中国科大等的支持。合肥学院科研人员参与研究。图1.在小鼠上，光激活ipRGC-SONOXT-SONAVP-PVN-NTSVgat，压抑RPa和支配脂肪的交感神经，进而压抑棕色脂肪产热降低血糖耐受性。图2.在人上，光可能通过同样的神经环路机制压抑棕色脂肪产热降低血糖耐受性。相较于白天，夜晚人的血糖耐受性更低。

会议地点：深圳南山区西丽大学城学苑大道1068号中国科学院深圳先进技术研究院主办方：中国神经科学学会神经科学研究技术分会和中国科学院深圳先进技术研究院承办方：中国科学院深圳先进技术研究院-MIT麦戈文联合脑认知与脑疾病研究所会议时间：2017年11月18日—11月22日 我们热情邀请前来参会人员，到深圳市瑞沃德生命科技有限公司总部参观，地址：深圳市南山区科技园北区松坪山高新北四道11号贝特尔大厦1-2楼