人脑钠肽

时间2019年12月26日 下午14:00-15:00题目仿生纳米药物用于人脑胶质瘤的治疗主讲人刘艳杰 博士（河南大学）讲座形式网络讲座，手机或PC即可参与（会议链接和如下报名链接相同）内容简介由于血脑屏障（blood brain barrier, BBB）的存在，使得人脑胶质瘤成为癌症治疗中最棘手的肿瘤之一。BBB，其为脑部的自我平衡防御机制，它在保证中枢神经系统免受外来物质侵扰的同时，也阻碍了治疗药物通过非入侵性给药进入脑内。因此，发掘研究能协助纳米药物突破BBB的药物或靶向分子是治疗脑部疾病的当务之急。基于以上背景，讲者所在实验室设计了细胞膜伪装的肿瘤微环境响应的仿生纳米药物用于脑胶质瘤的靶向治疗。该智能仿生纳米药物合理解决了目前纳米药物面临的体内循环时间短、难以跨越BBB、被肿瘤细胞摄取量低和药物在病灶处释放缓慢等诸多关键问题，最终可望成功实现人脑胶质瘤安全高效的治疗。即刻报名扫描下方二维码，报名吧！主讲人简介刘艳杰 博士生物医学工程专业在读博士，现在河南大学从事仿生纳米药物用于人脑胶质瘤的治疗的研究。在Advanced materials，Biomaterials等杂志上发表论文2篇，申请国内专利2项。

8日，记者从中国科学技术大学获悉，该校李晓光教授团队在前期研究基础上，基于对铁电畴形态和翻转动力学的设计，在铁电量子隧道结中实现了亚纳秒电脉冲下电导态可非易失连续调控的类脑突触器件，可用于构建人工神经网络类脑计算系统。研究成果日前表于《自然通讯》杂志上。　　以神经网络为代表的类脑人工智能技术正深刻影响人类社会。但目前运行神经网络计算的硬件系统依然基于传统硅基运算器与存储器，能效远低于人脑。研发具有神经形态模拟功能的类脑器件，如神经网络硬件系统的核心器件——电子突触，是进一步推进人工智能发展的重要途径之一。为执行复杂的人工智能任务，神经网络硬件系统对电子突触器件提出了诸多苛刻要求，然而，已报道的类脑突触器件无法全面满足相关的指标要求。　　李晓光教授团队制备了高质量的铁电隧道结，通过PZT（压电陶瓷驱动器）超薄厚度和取向的设计，获得了更小的铁电畴和更连续的翻转动力学行为，更丰富的铁电多畴亚稳态利于类脑突触器件中多态的可控调节。该器件表现出优异的综合性能：其8比特线性电导调控和高耐久性，满足类脑突触器件的核心性能指标要求。基于该器件性能仿真构建的神经网络具有高图像识别率，即使在图片中引入椒盐噪声或高斯噪声，其识别图片的准确率仍然大于85%。此外，该器件具有亚纳秒超快操作速度，而且其能耗低至飞焦级。研究人员经过推算表明，该铁电隧道结构建的神经网络计算系统，有可能实现相当于人脑的优秀能效，而人脑神经元突触单次脉冲能耗约10飞焦。人脑突触响应速度约亚毫秒，其响应速度也比人脑突触快6个量级，堪称媲美人脑突触的能效表现。　　这一研究成果展现了铁电隧道结在构建未来高性能类脑人工智能计算硬件系统方面的重要潜力。

【学术前沿】随机光学重建显微镜 STORM 揭示了人脑中病理聚集体的纳米级组织（文末预约试拍）01—研究介绍脑组织样本的组织学分析给我们提供了有关导致常见神经退行性疾病的病理过程的宝贵信息。在这种情况下，开发新的高分辨率成像方法是神经科学当前面临的挑战。为此，我们使用了一种被称为随机光学重建显微镜 (STORM) 的超分辨率成像技术来分析人脑切片。作者将 STORM 细胞成像方案与神经病理学技术相结合，对患有神经退行性疾病的患者和对照受试者的脑样本进行了成像。02—研究结果（节选）作者在新皮质、白质和脑干样本中执行了 2D、3D 和双色STORM成像 。STORM 被证明在可视化致密蛋白质包涵体的组织方面特别有效，作者对阿尔茨海默病、帕金森病、路易体痴呆和额颞叶变性患者的中枢神经系统内的病理聚集体进行了 图1、使用 STORM 对人脑样本进行超分辨率成像。（A) 用于 STORM 成像的光学设置示意图。I.B.，入射光束；E.F，渐逝场；R.B.，反射光束。(B) STORM 采集人脑切片中的皮层轴突，对神经丝 (NF) 进行免疫染色：首先采集传统的宽视场荧光显微镜图像。(B1)，然后强烈增加激发功率以诱导荧光团闪烁，并获得数千帧记录（B2-B5）。以亚像素精度（B6-B9）在每帧的基础上检测到激活的荧光分子的定位。然后使用来自所有帧的累积定位来重建超分辨率图像（B10）。IF，成像帧。(C) 使用常规宽视场荧光显微镜、STORM 和透射电子显微镜 (TEM) 获得的纵向和横向切片前额叶皮层轴突的代表性图像。（D 和 E）使用常规荧光显微镜、STORM 和 TEM 在人脑中测量的轴突直径（纵向切片）和面积（横向切片）。误差线表示具有标准偏差的平均值。*P 2、AD 患者脑样本中老年斑和神经原纤维缠结的STORM图像图2、AD患者大脑样本中老年斑和神经原纤维缠结的STORM图像。（A1) AD 患者新皮质中老年斑的代表性图像（Ab 的免疫组织化学检测）。(A2) 同一患者的新皮质切片中整个老年斑块的常规荧光显微镜图像对 Ab 进行免疫染色。(A3) 同一区域的风暴图像。插图（1 和 2）显示了聚合 Ab 分支的分布和大小的特写细节。(A4) 老年斑中 Ab 纤维（黑色箭头）的比较 TEM 图像。(B1) AD 患者新皮质中神经原纤维缠结的代表性图像（p.Tau 的免疫组织化学检测）。(B2) 在同一患者的新皮质切片中，整个退化神经元的胞体内神经原纤维缠结的常规荧光显微镜图像被 Ab 沉积包围。(B3) 通过结合传统荧光显微镜 (Ab) 和 STORM (p.Tau) 对同一神经元进行成像。插图（3 和 4）显示了胞体中 p.Tau 聚集体的蜂窝结构和轴突中的丝状组织的特写细节。(B4) 神经原纤维缠结中 Tau 丝（白色箭头）的比较 TEM 图像。03—研究总结本文中，作者结合了超分辨率显微镜和神经病理学技术来分析人脑切片。迄今为止，组织中纳米结构的成像主要依赖于透射电子显微镜，这是一项耗时的技术，需要超薄组织切片 (50-70 nm) 进行严格的样品制备，并限制了免疫靶向多样性和3D采集。相反，STORM在样品制备，广阔的观察领域，多分子标记和3D采集方面具有光学荧光显微镜的优势，而图像采集和重建仅需几分钟。人脑样本的 STORM 成像进一步打开了全面了解常见神经系统疾病的大门。这种技术的便利性应该会直接扩展其在人脑超分辨率成像方面的应用，为当前神经科学面临的挑战提供更好解决方案。04—超高分辨率显微成像系统 iSTORM前文中提及的随机光学重构显微镜（STORM）技术，目前已成功实现商用，有需要STORM技术进行实验研究的专家老师们，请文末填写问卷，即可预约获得 iSTORM 超高分辨率显微成像系统试拍服务哦~超高分辨率显微成像系统 iSTORM，成功实现了光学显微镜对衍射极限的突破，使得在 20 nm的分辨率尺度上从事生物大分子的单分子定位与计数、亚细胞及超分子结构解析、生物大分子生物动力学等的研究成为现实，从而给生命科学、医学等领域带来重大性突破。图3、超高分辨率显微成像系统iSTORM。超高分辨率显微成像系统 iSTORM 具有 20 nm超高分辨率、3通道同时成像、3D同步拍摄、实时重构、2小时新手掌握等特点，已实现活细胞单分子定位与计数，并提供荧光染料选择、样本制备、成像服务与实验方案整体解决方案，以纳米级观测精度、高稳定性、广泛环境适用、快速成像、简易操作等优异特性，获得了超过50家科研小组和100多位科研人员的高度认可。参考文献：P. Codron, F. Letournel, S. Marty, L. Renaud, A. Bodin, M. Duchesne, C. Verny, G. Lenaers, C. Duyckaerts, J.-P. Julien, J. Cassereau and A. Chevrollier (2021) Neuropathology and Applied Neurobiology 47, 127–142 STochastic Optical Reconstruction Microscopy (STORM) reveals the nanoscale organization of pathological aggregates in human brain

随着数字化、网络化、智能化为核心的新时代来临，脑机接口技术已跃升为全球主要经济体竞相布局的关键领域，旨在催生经济发展的新引擎，并构筑起国际竞争的新高地。与传统制造方法相比，3D打印可以显著降低脑机接口技术的生产成本，快速推动原型制作和测试迭代，加速脑机接口技术的创新和改进，为其在人工智能、生物医疗、疾病康复、增强现实和虚拟现实等领域的应用提供了新的可能性。现状与趋势-技术引领发展 创新赋能未来脑机接口技术是指通过在人脑神经与电子或者机械设备间建立直接连接通路，来实现神经系统和外部设备间信息交互与功能整合的技术。典型的脑机接口系统一般分为四部分，即脑电信号的采集，脑电信号的分析，依据脑电信号控制实施的行为，以及外界的反馈。其中的关键核心技术包括采集脑电信号的电极、神经接口芯片、信号解码等一系列前沿科技。根据Grand View Research数据表明，2023年全球脑机接口的市场规模已达到20亿美元，并预计从2024年至2030年将以17.8%的年复合增长率快速增长。随着神经假体设备的疾病流行率的增加、全球老年人口基数的上升，庞大的患者群体基数带动需求扩张，政策上大力支持脑科学与类脑研究的发展，技术上“产学研医”紧密协同，脑机接口行业在多因素促进下有望迈入发展快车道。在传统制造技术面临挑战的背景下，3D打印不仅能够实现复杂电极的精确制造，显著降低生产成本，快速原型制作和设计迭代，为研究人员提供了一个高效的平台，使他们能够迅速地进行设计测试和优化，从而加速脑机接口技术的创新与改进。这种灵活性和快速响应能力，对于不断发展的脑机接口领域来说，无疑是推动其技术进步的关键因素。Exaddon AG，作为一家专注于微纳金属增材制造（µ AM）技术创新性解决方案提供商，其CERES 3D打印系统可实现在室温条件下直接生产和修复微纳金属物体，且整个过程无需任何后处理步骤。该技术的应用之一，便是制造用于脑机接口的微型电极，这些电极旨在植入大脑，实现外部计算能力与大脑的直接连接。这一突破性的应用为帕金森病或阿尔茨海默症等严重神经退行性疾病患者的生活质量改善提供了可能性，通过精准的神经信号读取和调控，助力于恢复或增强他们的认知与运动功能。Exaddon AG的CERES系统凭借其基于电化学沉积的金属增材制造技术（μAM），不仅确保了金属电极的高导电性和优异的生物相容性，为植入设备提供了关键保障，而且赋予了电极微观结构设计超高灵活性，使得研究人员能够根据需求定制电极，以优化提高与生物组织的互动及信号采集效率。高纵横比：直接在预图案化轨迹或接触垫上以微米级精度打印高宽比（100:1）的结构。铜或金微柱：在室温下通过局部电沉积打印高导电性纯金属针和柱，打印后可对柱进行涂覆。挑战与未来-原创技术赋能 突破研发壁垒当然，脑机接口技术并非简单的即插即用，涉及到可植入技术，通常称为皮层电图（ECoG），直接贴合大脑表面，提供比外部电极更为精确的信息。然而，其安装过程相对复杂，需要能够从大脑传导电信号的生物相容微型电极，这些电极必须足够精密微小，以便能够长期稳定地植入体内。其中“μECoG”技术（微型电极），是近期的一项重大创新，正以迅猛的速度逐步成为领域内的关注焦点。现有可植入技术的关键局限性之一是“传统硬质电子材料与人体动态、柔软且弯曲的特性之间的机械不匹配”。这种不匹配引发了使用者在长期使用设备时对舒适度和耐久性的担忧。同时，为了实现高保真信号传导，所用材料必须具备优异的导电性，这在非金属材料中尤其具有挑战性。目前的技术方案主要依赖于金或铂电极，而基底材料的选择涵盖了铱、铂、聚酰亚胺、金等。为了解决这一问题，研究人员研发了一种具有微柱阵列的柔性基底。Malliaras等研究者利用Exaddon独特的μAM技术开发了一种PEDOT:PSS微针阵列，其电极覆盖区域为10 × 10 µ m² ，电极间的中心距离为60 µ m。这些创新的研究成果不仅为神经科学和生物医学工程领域提供了新的思路，而且有望在未来为脑机接口技术的进一步发展奠定坚实的基础。精细间距阵列：间距可以根据需要定制。图像：40 x 40阵列，由直径1.6 μm的铜柱组成，以25 μm的间距打印，总共1600根微柱。瑞士Exaddon AG已与摩方精密建立长期战略合作伙伴关系。根据协议，摩方精密作为Exaddon AG中国市场的官方服务提供商及主要推广合作伙伴，专注于推广微纳金属3D打印技术，提供设备支持并拓展市场。双方共同致力于将微纳3D打印技术广泛应用于人工智能、脑机接口、生物医药、半导体封装与测试等多个领域，共同推动技术革新与产业进步。

近日，《Nature》以“Amyloid fibrils in disease FTLD-TDP are composed of TMEM106B not TDP-43”为题在线发表了上海交通大学Bio-X研究院长聘教轨副教授曹骎与美国加州大学洛杉矶分校David Eisenberg课题组等的合作研究成果，解析了额颞叶变性病人脑组织中提取的淀粉样纤维的高分辨率结构，为该疾病的病理机制研究提供了重要信息。图1 Nature文章封面淀粉样纤维（amyloid fibrils）是由蛋白质发生液-固相变生成的聚集产物，与人类疾病，尤其是神经退行性疾病有着紧密的联系，如Aβ和tau纤维之于阿尔兹海默症，α-synuclein纤维之于帕金森氏症等。额颞叶变性（frontotemporal lobar degeneration, FTLD）是仅次于阿尔兹海默症及帕金森氏症的第三大神经退行性疾病，早先的研究指出FTLD病人脑组织中也存在淀粉样纤维，然而这一结论并未得到分子层面的证实，同时形成这些纤维的蛋白也未得到鉴定。图2 TMEM106B纤维结构解析（a）本研究中FTLD病人的脑切片免疫用诊断（上）及提取的淀粉样纤维的负染电镜照片（下）。（b）纤维冷冻电镜数据处理，包括二维分类（左）和三维重构（右）。（c）解析的纤维结构。为揭示FTLD与淀粉样纤维的关联，此项工作尝试从40个患有FTLD-TDP（一种FTLD的主要亚型）的捐献者脑组织中提取淀粉样纤维，最终在其中38个患者中发现了纤维，成功从其中4个患者中提取了纤维，并使用冷冻电镜三维螺旋重构的技术解析了这些纤维的近原子分辨率的结构（最高分辨率为0.29纳米）。出人意料的是，纤维的结构显示，这些纤维来自于一种从未被报道可以发生淀粉样聚集的蛋白—TMEM106B。此工作证实了FTLD是一种淀粉样纤维相关疾病，为淀粉样纤维蛋白家族拓展了一个全新的成员，同时为FTLD的病理机制提出了一个全新的假说，即TMEM106B的纤维化参与了FTLD的发病过程，并可能通过抑制TMEM106B的纤维化治疗这一疾病。曹骎博士为论文的共同第一作者，另一位第一作者是Eisenberg课题组博士研究生江逸潇。论文的合作单位有美国加州大学洛杉矶分校、霍华德-休斯研究所、上海交通大学以及美国Mayo Clinic研究所。曹骎博士2008年毕业于上海交通大学生物工程专业，获工学学士学位；2013年毕业于北京大学生物化学与分子生物学专业，获理学博士学位；2013年至2021年在加州大学洛杉矶分校从事科学研究，任博士后及助理研究员；2021年5月全职回国工作，加入上海交通大学Bio-X研究院，任长聘教轨副教授、课题组长、博士生导师。主要研究方向为蛋白相分离相变的分子机理研究及抑制剂设计，代表性论著包括Nature Chemistry (2018), Nature Structural & Molecular Biology (2018, 2019, 2020, 2021)等。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-022-04670-9

9月22日，NIH宣布了一项为期五年的5亿美元（约合人民币35.8亿）捐赠计划，该计划叫“BRAIN Initiative Cell Atlas Network（BICAN）”，以支持研究单位通过单细胞测序、无创医学成像和先进的生物信息学分析，来绘制人类和非人类大脑的细胞图谱和细胞相互作用图，为研究神经系统疾病提供信息价值。其中金额最大的一项（1.73亿美元）捐赠给了Allen研究所，以推动建立有史以来第一个完整的人脑细胞图谱，同时还有狨猴和猕猴的大脑图谱。由Salk生物研究所领导的另一个小组获得了1.26亿美元的赠款，用于创建多组学人脑图谱中心。该中心将尝试在细胞水平上绘制人脑图，以了解大脑神经系统是如何运作和老化的。其余几笔赠款则相对较小，包括向布罗德研究所提供1490万美元用于开发人类脑细胞变异图谱；向加利福尼亚大学旧金山分校提供3640万美元用于研究人类和灵长类动物的大脑发育；向加州大学洛杉矶分校的研究人员提供530万美元用于绘制人类大脑发育过程中的细胞水平基因调控图。其实BRAIN计划在2013年就公布，并于2014年正式启动。此次公布的5亿美元捐赠计划，可以说是BRAIN计划2.0版本。截至目前，与BRAIN计划相关的赠款已经资助了大约1200项研究，并产生了5000余篇研究出版物。BRAIN计划的确在脑部疾病方面取得了一定成果，在2021年，加利福尼亚大学旧金山分校的研究人员就破译了一名超过15年没有说话的瘫痪男子的大脑信号，并利用这些大脑信号成功将其转化成呈现在屏幕上的单词。同年，贝勒医学院的研究人员启动了一项针对抑郁症患者的临床试验，该试验目的在测试深部脑刺激的益处，通过使用电震动来刺激大脑回路，已经证明对帕金森病等疾病有帮助。BRAIN Initiative 主任 John Ngai 说，“目前我们还有许多工作要继续推进，大脑结构极其复杂，我们仍无法理解其联系和组织原则，因此，我们需要投入资金以产出更多的研究和工具来帮助我们推进人类大脑计划。”

日本东京大学科学家最近利用六方氮化硼二维层中的硼空位，首次完成了在纳米级排列量子传感器的精细任务，从而能够检测磁场中的极小变化，实现了高分辨率磁场成像。氮化硼是一种含有氮和硼原子的薄晶体材料。氮化硼晶格中人工产生的自旋缺陷适合作为传感器。（a）六方氮化硼中的硼空位缺陷。空位充当用于磁场测量的原子大小的量子传感器，对磁场敏感，像一个纳米“磁针”。（b）量子传感器纳米阵列的光致发光。通过分析响应微波的光致发光强度的变化，研究人员可测量每个传感器点的磁场。图片来源：东京大学研究团队研究团队在制作出一层薄的六角形氮化硼薄膜后，将其附着在目标金丝上，然后用高速氦离子束轰击薄膜，这样就弹出了硼原子，形成了100平方纳米的硼空位。每个光点包含许多原子大小的空位，它们的行为就像微小的磁针。光斑距离越近，传感器的空间分辨率就越好。当电流流经导线时，研究人员测量每个点的磁场，发现磁场的测量值与模拟值非常接近，这证明了高分辨率量子传感器的有效性。即使在室温下，研究人员也可检测到传感器在磁场存在的情况下自旋状态的变化，从而检测到局部磁场和电流。此外，氮化硼纳米薄膜只通过范德华力附着在物体上，这意味着量子传感器很容易附着在不同的材料上。高分辨率量子传感器在量子材料和电子设备研究中具有潜在用途。例如，传感器可帮助开发使用纳米磁性材料作为存储元件的硬盘。原子大小的量子传感器有助于科学家对人脑进行成像、精确定位、绘制地下环境图、检测构造变化和火山喷发。此次的纳米级量子传感器也将成为半导体、磁性材料和超导体应用的“潜力股”。

近日，中国科学院深圳先进技术研究院（简称“深圳先进院”）成功研发国内首台高清晰磁共振兼容人脑PET功能成像仪器（命名为“SIAT bPET”），实现了我国在高端磁兼容脑PET成像仪器研发方面零的突破。“通常，PET成像仪器由于探测器的深度不确定效应，空间分辨率会随着偏离成像视野中心而变差，严重影响成像精度。”深圳先进院医工所劳特伯生物医学成像研究中心研究员杨永峰表示，他们团队研发了高三维分辨率双端读出探测器，使得该大口径成像系统达到14%的中心效率（350-750 keV能量窗），和整个成像视野好于1.4 mm的空间分辨率，两项性能指标都处于国际领先水平。 杨永峰介绍道，与国外商业磁兼容脑PET成像仪器相比，SIAT bPET的效率提高了近2倍（从7.2%到14%），平均体分辨率提高了30倍以上（从约64mm3到2mm3）。同时，SIAT bPET采用了创新的电子学和磁兼容设计，使得磁共振成像对PET成像的影响几乎可以忽略不计，PET成像对磁共振成像图像信噪比的影响小于5%，满足同时开展PET/MRI成像的尖端科研需求。 据了解，PET和MRI都是脑科学研究和脑疾病诊断的重要工具，PET的高灵敏度、高定量精度功能代谢成像和MRI的高空间分辨率、高软组织对比度解剖结构成像高度互补，PET和MRI还可以相互辅助，进一步提升各自的脑神经成像能力。PET分子成像通过测量大脑的血流、葡萄糖和氧的代谢、蛋白质的生成、药物的分布和神经递质的动力学等，探索不同脑区的功能，确定病变脑区的功能演变，对于脑疾病干预治疗策略和新药物探索具有重要意义。 “不过，目前市场上并没有高性能脑PET成像仪器。”杨永峰说，与美国脑计划项目正在资助研发的多个高性能脑PET成像仪器相比，SIAT bPET的空间分辨率和效率也处于先进水平。“高空间分辨率使得研究大脑的细微焦点脑功能区和小的核团成为可能，还可以通过降低部分容积效应来提高脑PET成像研究的定量精度；高效率除了通过提高脑PET图像的信噪来提高研究的定量精度，也为高精度研究神经递质活动和其他动态脑生化与功能活动奠定基础。” 2022年，团队成员邝忠华在国际核医学和分子影像年会与IEEE医学成像会议上口头报告了该研究成果，随即引起了广泛的国际关注。同时，该仪器也为开展基于PET功能成像的脑科学研究、老年性痴呆等疾病的早期定量诊断研究和新药开发提供了一台重要的新工具。 据悉，相关研究由基金委国家重大科研仪器研制、深圳市孔雀团队和中国科学院仪器研制团队等项目资助。 深圳先进院研制的SIAT bPET探测器系统和脑成像仪器照片SIAT bPET获得的Derenzo模体图、人脑FDG代谢图和兔子NaF骨扫描图SIAT bPET和联影uMR790 3T磁共振成像系统上同时获得的人脑PET/MRI图像关于PET：正电子发射断层扫描（PET）是一种核成像技术（也称为分子成像），可以显示体内代谢过程。PET成像的基础是该技术检测由正电子发射放射性核素（也称为放射性药物，放射性核素或放射性示踪剂）间接发射的γ射线对。将示踪剂注入生物活性分子的静脉中，通常是用于细胞能量的糖。PET系统灵敏的探测器捕获身体内部的伽马射线辐射，并使用软件绘制三角测量排放源，创建体内示踪剂浓度的三维计算机断层扫描图像。目前主要的PET系统制造商包括GE Healthcare，Philips Healthcare，Siemens Healthcare和Toshiba。PET/MRI系统的供应商包括GE，飞利浦和西门子。SPECT供应商包括通用电气，飞利浦，西门子和Digirad公司。

日本东京大学科学家利用六方氮化硼二维层中的硼空位，首次完成了在纳米级排列量子传感器的精细任务，从而能够检测磁场中的极小变化，实现了高分辨率磁场成像。氮化硼是一种含有氮和硼原子的薄晶体材料。氮化硼晶格中人工产生的自旋缺陷适合作为传感器。研究团队在制作出一层薄的六角形氮化硼薄膜后，将其附着在目标金丝上，然后用高速氦离子束轰击薄膜，这样就弹出了硼原子，形成了100平方纳米的硼空位。每个光点包含许多原子大小的空位，它们的行为就像微小的磁针。光斑距离越近，传感器的空间分辨率就越好。当电流流经导线时，研究人员测量每个点的磁场，发现磁场的测量值与模拟值非常接近，这证明了高分辨率量子传感器的有效性。即使在室温下，研究人员也可检测到传感器在磁场存在的情况下自旋状态的变化，从而检测到局部磁场和电流。此外，氮化硼纳米薄膜只通过范德华力附着在物体上，这意味着量子传感器很容易附着在不同的材料上。高分辨率量子传感器在量子材料和电子设备研究中具有潜在用途。例如，传感器可帮助开发使用纳米磁性材料作为存储元件的硬盘。原子大小的量子传感器有助于科学家对人脑进行成像、精确定位、绘制地下环境图、检测构造变化和火山喷发。此次的纳米级量子传感器也将成为半导体、磁性材料和超导体应用的“潜力股”。(a)六方氮化硼中的硼空位缺陷。空位可充当用于磁场测量的原子大小的量子传感器，对磁场敏感，就像一个纳米“磁针”。(b)量子传感器纳米阵列的光致发光可反应磁场的变化。图片来源：东京大学研究团队

引言 &beta 淀粉样肽（A&beta ）的不溶性聚集物在脑中沉积／形成被看作为早老性痴呆病（AD）的一个关键事件。治疗策略集中于用以减少&beta 淀粉样肽生成或提高其清除水平的小分子抑制剂或免疫疗法。因此，找到能对脑脊液中的淀粉样肽进行高灵敏且稳定可靠的定量分析方法以确定其与AD关系对很多研究者来说至关重要。然而，对这些A&beta 肽的分析极具挑战性，这不仅因为其在生物液体内的丰度相对偏低，而且也因为它们可能被其它蛋白质结合并具有形成低聚体的趋势。 这些肽的测定常规采用免疫测定法（因其选择性和灵敏度）或者通过冗长的免疫沉淀之后再进行SPE。免疫测定所需的方法开发时间比LC/MS/MS方法开发时间长；它们需要对多种A&beta 肽进行多次测定，并且与LC/MS/MS相比其线性动态范围有限。免疫测定存在交叉反应性和非特异性结合，需要使用价格昂贵的抗体，并且样品／标本的富集依赖于抗体的选择性。免疫测定的劳动强度大，并且测定不准确和基质干扰也是常见的问题。因此，需要开发一种基于LC/MS/MS的高通量、选择性好的生物分析方法，使样品制备能够实现在存在高浓度干扰蛋白和肽的情况下回收得到pg/mL水平的淀粉样肽。 虽然开发免疫测定方法所需的时间在后期药物发展过程中是可接受的，但在较早的阶段中则几乎不切实际；这时，如能有一种可定量多种肽的高通量且可靠的方法则是众望所归。 本研究工作集中于开发用于淀粉样前体蛋白（APP）的1-38、1-40和1-42片段的LC、MS和选择性SPE样品制备方法，以支持临床前研究。使用单一、高通量方法用于多种A&beta 肽的分析测定而无需耗时的免疫沉淀步骤，被成功开发并经过验证。特别是，A&beta 类肽存在很多独特的分析挑战，其中包括非特异性结合、溶解性差、聚集和质谱灵敏度偏低。在方法开发各阶段所进行的步骤尽可能减小或消除了这些问题所带来的影响。 随着AD病情缓解策略的出现，对除了A&beta 38、40和42之外的多种可能与AD病征相关的A&beta 进行定量分析可有助于提供关于此病及其发展过程的更多认识。本文所述的方法也有可能进行相应的修改，以使其适用于那些肽的定量分析。 &beta 淀粉样1-38肽，分子量4132，pI 5.2 DAEFRHDSGYEVHHQKLVFFAEDVGSNKGAIIGLMVGG &beta 淀粉样1-40肽，分子量4330，pI 5.2 DAEFRHDSGYEVHHQKLVFFAEDVGSNKGAIIGLMVGGVV &beta 淀粉样1-42肽，分子量4516，pI 5.2 DAEFRHDSGYEVHHQKLVFFAEDVGSNKGAIIGLMVGGVVIA 图1：&beta 淀粉样肽1-38、1-40和1-42的氨基酸序列和pI数据 实验 UPLC® 方法的条件 色谱柱： ACQUITY UPLC® BEH C18，300Å ，2.1× 150nm，1.7µ m 流动相： A：0.3% NH4OH（按体积计算）的水溶液 B：90%乙腈，10%流动相A 梯度： 90% A保持1分钟，5.5分钟内降低至55% A并保持0.2分钟，然后返回至初始水平 流速： 0.2 mL／分钟 进样量： 10µ L 温度： 50℃ 质谱条件 系统：沃特世XevoTM TQ三重四极杆质谱仪，在ESI+MRM模式下运行 去溶剂化气体流速：800L／小时 源温度：120℃ 去溶剂化温度：450℃ 碰撞室压力：2.6× 10(-3)毫巴 MRM跃迁态和条件：见表1 样品预处理 用5M盐酸胍以1:1的比例稀释200µ L脑脊液（人脑脊液、猴脑脊液或加标人工脑脊液+5%大鼠血浆），并在室温下振摇45分钟。然后，用200µ L 的4%H3PO4水溶液进一步稀释样品。 注意：对于加标样品而言，在加标后、用盐酸胍稀释前，可在室温下让样品平衡30分钟。 固相萃取（SPE） 基于µ Elution 96孔型的Oasis® MCX 预处理：200µ L甲醇 平衡：200µ L 4% H3PO4水溶液 上样：600µ L预处理后的样品 清洗1：200µ L 4% H3PO4水溶液 清洗2：10% ACN水溶液 洗脱：2× 25µ L 75:15:10 ACN:水:NH4OH浓溶液 稀释：25µ L水 进样量：20µ L 肽名称 前体离子 产物离子 产物离子ID锥孔电压（V） 碰撞能量（eV） &beta 淀粉样1-38肽 1033.5 1000.3 b 36 33 23 &beta 淀粉样1-38肽的N15内标 1046 1012.5 30 22 &beta 淀粉样1-40肽 1083 1053.6 b 39 33 25 &beta 淀粉样1-40肽的N15内标 1096 1066.5 35 22 &beta 淀粉样1-42肽 1129 1078.5 b 40 28 30 &beta 淀粉样1-42肽的N15内标 1142.5 1091.5 35 28 表1：&beta 淀粉样肽及其N15标记型内标的MRM跃迁态和质谱条件 结果和讨论 开发这些方法所遇到的最大挑战就是克服溶解性、吸附性和聚集性问题并获得能满足该应用要求的足够选择性和灵敏度。适当的流动相和进样溶剂构成以及明智选择SPE洗脱溶剂仅仅是应对这些问题的几个关键因素。 质谱分析 质谱分析在正离子模式下进行，因为4+前体的CID产生了几种与固有的特异性b序列离子相对应的不同产物离子（典型光谱如图2所示）。负离子模式下的MS/MS出现了明显的水分流失。图3给出了关于两种方法特异性区别的一个示例。虽然对于溶剂标准品时使用负离子模式的总体灵敏度较高，但在基质存在时负离子模式的灵敏度优势减弱，而正离子模式下的特异度和信噪比的提高对于脑脊液样品中的准确定量具有决定性作用。 超高效液相色谱分析 图4显示了对这三种&beta 淀粉样肽的分离情况。虽然流动相中NH4OH的精确百分比对负离子灵敏度具有关键作用，但ESI+模式下的信号经证实对流动相构成的细微变化更具稳健性，可使液相色谱／自动取样器至少在24小时以上的时间段中保持稳定。与此相反，50%或以上的ESI-信号在10-12小时后因流动相中NH4OH浓度的自然变化（挥发）而损失。这进一步强调了ESI+MS方法的稳健性。 固相萃取（SPE） SPE使用Oasis® MCX（一种混合模式的吸附剂）进行，以加强萃取过程的选择性。该吸附剂同时依赖于反相和离子交换保留机制，以从复杂脑脊液样品中的其它高丰度多肽中选择性分离&beta 淀粉样肽组分。使用特定的96孔Oasis® µ Elution提供了明显的浓缩效果，无需溶剂挥干和复溶，从而尽可能减少了肽损失。此外，通过离子交换进行肽结合为整个方法提供了正交性。 在最初的方法开发过程中，萃取人工脑脊液时观察到了大量非特异性结合（NSB）。我们添加了5%大鼠血浆（有一个不同的&beta 淀粉样肽序列），以消除NSB。 SPE是整个方法中较为重要的环节之一。对淀粉样组分选择性极高的分离再加上标准流速下UPLC的分辨率实现了对临床前研究样品的超快分析。 线性、准确度和精确度 对每种肽均使用了N15标记型内标。对于0.1-10ng/mL人工脑脊液+5%大鼠血浆的等分样本，三种&beta 淀粉样肽的标准曲线均呈线性。&beta 淀粉样1-38肽的典型标准曲线如图5所示。淀粉样肽的基线水平根据同时使用过量加标的人脑脊液和&ldquo 人工脑脊液+5%大鼠血浆&rdquo 而得到的两条标准曲线进行定量分析，基线水平的计算值没有统计学意义上的差异。选择人工脑脊液是因为它的价格不贵，而且是一种比较易得的基质。从3种人脑脊液和1种猴脑脊液萃取得到的&beta 淀粉样1-42肽的基线水平如图6所示。所有3种&beta 淀粉样肽的基线水平测定值的统计结果如表2所示。 用3种人脑脊液混合样品和1种猴脑脊液混合样品配制了0.2、0.8、2和6ng/mL的过量加标的质控样品。准确度和精确度数值符合LC/MS/MS测定的控制标准。质控样品分析的典型结果如表3所示。 结果和讨论 开发这些方法所遇到的最大挑战就是克服溶解性、吸附性和聚集性问题并获得能满足该应用要求的足够选择性和灵敏度。适当的流动相和进样溶剂构成以及明智选择SPE洗脱溶剂仅仅是应对这些问题的几个关键因素。 质谱分析 质谱分析在正离子模式下进行，因为4+前体的CID产生了几种与固有的特异性b序列离子相对应的不同产物离子（典型光谱如图2所示）。负离子模式下的MS/MS出现了明显的水分流失。图3给出了关于两种方法特异性区别的一个示例。虽然对于溶剂标准品时使用负离子模式的总体灵敏度较高，但在基质存在时负离子模式的灵敏度优势减弱，而正离子模式下的特异度和信噪比的提高对于脑脊液样品中的准确定量具有决定性作用。 超高效液相色谱分析 图4显示了对这三种&beta 淀粉样肽的分离情况。虽然流动相中NH4OH的精确百分比对负离子灵敏度具有关键作用，但ESI+模式下的信号经证实对流动相构成的细微变化更具稳健性，可使液相色谱／自动取样器至少在24小时以上的时间段中保持稳定。与此相反，50%或以上的ESI-信号在10-12小时后因流动相中NH4OH浓度的自然变化（挥发）而损失。这进一步强调了ESI+MS方法的稳健性。 固相萃取（SPE） SPE使用Oasis® MCX（一种混合模式的吸附剂）进行，以加强萃取过程的选择性。该吸附剂同时依赖于反相和离子交换保留机制，以从复杂脑脊液样品中的其它高丰度多肽中选择性分离&beta 淀粉样肽组分。使用特定的96孔Oasis® µ Elution提供了明显的浓缩效果，无需溶剂挥干和复溶，从而尽可能减少了肽损失。此外，通过离子交换进行肽结合为整个方法提供了正交性。 在最初的方法开发过程中，萃取人工脑脊液时观察到了大量非特异性结合（NSB）。我们添加了5%大鼠血浆（有一个不同的&beta 淀粉样肽序列），以消除NSB。 SPE是整个方法中较为重要的环节之一。对淀粉样组分选择性极高的分离再加上标准流速下UPLC的分辨率实现了对临床前研究样品的超快分析。 线性、准确度和精确度 对每种肽均使用了N15标记型内标。对于0.1-10ng/mL人工脑脊液+5%大鼠血浆的等分样本，三种&beta 淀粉样肽的标准曲线均呈线性。&beta 淀粉样1-38肽的典型标准曲线如图5所示。淀粉样肽的基线水平根据同时使用过量加标的人脑脊液和&ldquo 人工脑脊液+5%大鼠血浆&rdquo 而得到的两条标准曲线进行定量分析，基线水平的计算值没有统计学意义上的差异。选择人工脑脊液是因为它的价格不贵，而且是一种比较易得的基质。从3种人脑脊液和1种猴脑脊液萃取得到的&beta 淀粉样1-42肽的基线水平如图6所示。所有3种&beta 淀粉样肽的基线水平测定值的统计结果如表2所示。 用3种人脑脊液混合样品和1种猴脑脊液混合样品配制了0.2、0.8、2和6ng/mL的过量加标的质控样品。准确度和精确度数值符合LC/MS/MS测定的控制标准。质控样品分析的典型结果如表3所示。 1. 我们开发了一种用于同步定量分析人和猴脑脊液中多种&beta 淀粉样肽的SPE-LC/MS/MS生物分析方法并对其进行了验证。 2. 将基于µ Elution型混合模式SPE的高选择性萃取方法与UPLC色谱分析的分辨率相结合是实现对人和猴脑脊液中3种主要&beta 淀粉样肽进行准确、精确而可靠的定量分析的关键。 3. 正离子MS/MS和b离子序列碎片的使用提供了本应用所需的质谱特异度。 4. 用不到30分钟的时间即可完成对96份样品的萃取并作好进样准备，从而满足了临床前研究所需的样品制备处理通量要求。 5. 本文所述的方法避免了在临床前研究工作中进行耗时的免疫测定或免疫沉淀步骤。 6. Xevo TQ质谱的质量范围和灵敏度允许选择高m/z前体进行破碎并能选择特异度高的b离子碎片，从而增加了此项测定的信噪比并总体提高了其特异度。 7. 此类方法也可允许选择性的、特异性的、并按高通量方式同时测定一份样品中的几种不同&beta 淀粉样肽，而同时仍能达到低浓度内源性&beta 淀粉样肽分析所需的高灵敏度。这是一个明显的优点，因为ELISA测定需要使用多种抗体进行多次测定。 所选择的参考文献 1. T.A. Lanz、J.B. Schachter．神经科学方法杂志，169 (2008) 16-22. 2. T. Oe等．质谱分析中的快速通讯，20 (2006) 3723-3735. 3. JR Slemmon等．色谱分析杂志：生物分析，846 (2007) 24-31. 4. NT Ditto等．神经科学方法杂志，182 (2009) 260-265. 5. T.A. Lanz、J.B. Schachter．神经科学方法杂志，157 (2006) 71-81. 6. MJ Ford等．神经科学方法杂志，168 (2008) 465-474. 7. E. Portelius等．蛋白质组学研究杂志，6 (2007) 4433-4439. 致谢 本文作者希望向Wenlin Li（辉瑞公司PDM部）表达谢意，感谢她在使用免疫亲和LC/MS/MS分析&beta 淀粉样肽所作的前期工作。 沃特世公司 美国马萨诸塞州米尔福德Maple街34号，01757 电话：(508) 478-2000；传真：(508) 478-1990 http://www.waters.com

以色列希伯来大学近日发布公报说，在该校人员参与的一项研究中，研究人员开发出一种新型核磁共振技术，可以非侵入性地评估人脑中的铁稳态，揭示了铁在大脑中的重要作用，对大脑研究和相关疾病的诊断具有突破性意义。　　维持铁的平衡或稳态是大脑功能的一个关键方面。大脑铁失衡可能指向多种身体异常状况，包括神经退行性疾病和癌症等，但迄今为止，对人脑内铁环境的非侵入性评估还面临技术挑战。　　这项日前发表在英国《自然通讯》杂志上的研究称，这种基于定量核磁共振的新技术无需注射具有毒性的造影剂，即可区分健康和病变的脑组织，且能灵敏检测出大脑中铁稳态的变化。　　研究人员在公报中介绍说，在体外实验中，这种新技术揭示了包括铁蛋白、转铁蛋白和二价铁等主要铁化合物的特有顺磁性。研究人员又对脑肿瘤患者进行了体内核磁共振扫描，并通过对已切除的肿瘤进行分析，证明了人体对不同大脑区域和大脑衰老过程中铁动员能力变化的敏感性，增进了对病理组织中铁相关基因表达变化的了解。　　公报说，传统的核磁共振扫描提供定性图像，需要医疗专业人员进行解释，而这一基于定量的核磁共振方法通过复杂的物理模型合并了多个核磁共振结果，从而提取出一系列的测量值。就像量体温时直接提供数值，而不是作出温度“太高”或“太低”这样的定性解释。　　公报说，该技术通过非侵入的手段研究和评估人脑的铁稳态状况，具有突破性意义，可能为未来的医疗和神经科学带来重大改变。

大脑中错放的RNA，会破坏神经元，让人们无法控制行动，甚至出现亨廷顿舞蹈病。美国麻省理工学院的神经科学家发现，亨廷顿舞蹈病患者神经元死亡的重要原因，可能是对线粒体非正常释放的遗传物质的免疫反应。线粒体是提供能量的细胞成分。这项研究全面跟踪了不同类型的脑细胞，如何应对导致亨廷顿舞蹈病的突变。研究人员测量了在疾病发展不同阶段的不同细胞类型中，亨廷顿舞蹈病死亡患者的大脑样本与正常人的RNA差异，以及经过不同程度基因突变改造的小鼠的RNA水平。“线粒体释放的这些RNA看上去就像病毒RNA，这引发了先天免疫，并可能导致细胞死亡。”该研究通讯作者、美国麻省理工学院大脑与认知科学系副教授Myriam Heiman说，“我们相信这是触发炎症信号通路的一部分。”危害从发育开始亨廷顿舞蹈病是一种染色体显性遗传所导致的脑部退化疾病，能无情地夺走受害者对运动和思想的控制能力。患者会出现颤搐等舞蹈症状，最终可能过早死亡。在全球范围内，每10万人中有3到10人受该疾病影响，目前没有治疗方法。该疾病是以美国内科医生乔治亨廷顿的名字命名的，他在1872年描述了这种疾病。100多年来，科学家一直在探索这种疾病。1993年，科学家发现引起亨廷顿舞蹈病的基因突变位于4号染色体短臂的顶端附近。但没有人知道突变亨廷顿蛋白（mHTT）是如何破坏神经元的。甚至亨廷顿舞蹈病是一种晚期表现的神经退行性疾病，但小鼠研究和症状前突变携带者的神经影像学研究均表明，亨廷顿舞蹈病可能会影响神经发育。7月16日刊登于《科学》的这项研究指出，人类胎儿（妊娠13周）携带亨廷顿舞蹈病突变的组织，在发育皮质中显示出明显的异常，包括突变的亨廷顿蛋白和连接复合蛋白的定位错误、神经祖细胞极性和分化的缺陷、异常的纤毛发生以及有丝分裂和细胞周期进程的改变。因此研究人员表示，亨廷顿舞蹈病对神经发育有影响，而不仅仅是一种退行性疾病。但是，“由于突变蛋白的功能和引起疾病的相关机制仍然未知，因此无法利用传统方法针对其病理功能筛选阻断剂。”复旦大学医学神经生物学国家重点实验室研究员鲁伯埙表示。 线粒体“事故”为了geng好地探究亨廷顿舞蹈病的秘密，Heiman研究组采用了两种不同的筛选技术，TRAP能用于小鼠模型，而单核RNA测序可用于小鼠和人。结果令人惊讶的发现是，线粒体中的RNA被错放在了被称为刺突投射神经元（SPN）的脑细胞中，从而破坏了这些神经元，导致了致命的神经症状。研究人员观察到，这些游离的RNA在细胞中看起来与从细胞核中提取的RNA不同，引发了有问题的免疫反应。而且，他们不仅发现了线粒体RNA 的存在，而且还显示了氧化磷酸化过程的基因表达缺失，氧化磷酸化过程是需要燃料的神经元产生能量的过程。之前，小鼠实验表明，这种氧化磷酸化的下调和线粒体RNA释放的增加，都发生在亨廷顿舞蹈病的早期，在大多数其他基因表达差异显现之前。此外，研究人员还发现一种被称为PKR的免疫系统蛋白表达增加，该蛋白被证明是释放线粒体RNA的传感器。事实上，研究小组发现，PKR不仅在神经元中升高，而且被激活并与线粒体RNA结合。Heiman说，新发现似乎与一些临床症状相一致。例如，亨廷顿舞蹈病会导致大脑纹状体区域的损伤；在Aicardi-Goutières 综合征中，由于先天免疫反应失调，同样的大脑区域可能会受损；患有硫胺素缺乏症的儿童会出现线粒体功能障碍，研究表明其小鼠模型也表现出PKR激活。“该论文最大的亮点是组学部分，应该是第-一篇用单细胞（单核）测序以及TRAP（测量正在被翻译的mRNA）的组学研究。”对临床可能有借鉴Heiman表示，他们还发现了基因表达上的重大差异，包括与重要神经功能有关的差异，如突触回路连接和生物钟功能。此外，该团队发现神经元中这些基因转录改变的主要调节因子可能是视黄酸受体b转录因子。“这可能是一个对临床有用的发现，因为有药物可以激活Rarb。”Heiman告诉《中国科学报》，“如果能够抑制转录失调，我们就能够改变疾病的结果。但这是一个需要验证的重要假设。”另一方面，研究人员在人脑样本神经元中看到的许多基因表达差异，与他们在小鼠神经元中看到的变化非常吻合，这进一步保证了小鼠模型对研究这种疾病有用。这个问题一直困扰着这个领域，因为小鼠通常不会像人那样出现那么多的神经元死亡。“我们看到的是，实际上小鼠模型很好地再现了发生在人类亨廷顿舞蹈病期神经元的基因表达变化。但其他一些非神经元的细胞类型在人类疾病和小鼠模型之间并没有表现出那么多的保守性，我们相信这些信息将有助于其他研究者开展未来研究。”Heiman说。实际上，除了小鼠模型，猪也在为该领域研究“出力”。2018年，研究人员首次利用基因编辑技术CRISPR-Cas9和体细胞核移植技术，成功培育出世界首例亨廷顿舞蹈病基因敲入猪，能精-准地模拟出人类神经退行性疾病。此外，2019年鲁伯埙团队开创性地提出基于自噬小体绑定化合物的药物研发原创概念，并巧妙地通过基于化合物芯片和前沿光学方法的筛选，发现了特异性降低亨廷顿舞蹈病致病蛋白的小分子化合物，有望为临床治疗带来新曙光。

据悉，7月20日，美国圣路易斯华盛顿大学的一个研究小组称，他们绘制出迄今最全面、最精确的人类大脑图谱，其中97个人类大脑皮层区域此前从未描述过，属于首次公布。　　一直以来，科学家试图描绘出一幅包含人脑连接性、功能和微观结构的高清图谱，但由于技术难度过大，这一设想一直未能成真。目前，绝大多数的大脑图谱都从较小的人群中得来，仅涉及上述特性的一小部分，这些限制导致大脑图谱“模糊不清”，且无法在个体间进行复制。　　新研究中，该大学的马修格拉塞、大卫冯埃森和他们的同事借助机器学习技术，根据210位健康年轻成年人的大脑成像数据，绘制出了这幅精确的大脑图谱。这些年轻人都来自人类连接组计划。　　始于2010年的人类连接组计划相当于人类基因组计划的大脑版，是一项耗资高达4000万美元的项目，旨在通过扫描1200名健康成年人的大脑，比较他们大脑各区域神经连接的不同，以及由此导致的认知和行为方面的个体差异，最终描绘出人类大脑的所有神经连接情况。　　新的大脑图谱中，大脑的每个半球都分成了180个特定的皮层区，在共360个皮层区中，有97个区域第一次被描述。据悉，新图谱还在另外210位独立被试者中得到了验证。研究人员称，虽然存在个体差异，但他们在新被试者中准确地辨别出了这些区域。　　论文作者称，科学家现在就能使用这一解剖框架，将其与其他人脑造影方法进行比较，在已被定义的大脑区域发现与功能和疾病相关的信息。这幅被称为“人类连接组计划多模态分区1.0版”的神经解剖图谱未来还会进一步改进和升级。由于几乎适用于所有人，新图谱有望首先在神经手术中获得应用。此外，通过与灵长动物对比，它还可能提供有关人类认知演化的新见解。　　相关论文发表在最新一期《自然》杂志上。 小结　　大脑的运行原理就像生命起源一样，是人类的终极问题。本研究为大脑建立了一个基本模型，用直观可视化的方式，让疾病治疗和基础研究有了参考的标准。这只是一个意义重大的起步，相信这个模型会不断完善，让我们日益接近进化的奥秘。当然，要达成这个目标，就需要全世界科学家的参与，也需要更多志愿者的付出。

由华中科技大学武汉光电国家实验室(筹)骆清铭教授、龚辉教授研究团队获取的一套大鼠全脑高分辨数据集，近期发布在欧盟人脑计划(Human Brain Project, HBP)的神经信息平台(Neuroinformatics Platform, NIP)上。这标志着该团队建立的“鼠脑最精细脑图谱基础数据库”为欧盟人脑计划正式采用。　　此次发布在HBP-NIP上的数据集由该研究团队独立完成，样本为Golgi-Cox法染色的Sprague Dawley大鼠全脑，用显微光学切片断层成像(MOST)系统获取了全脑图像，成像分辨率为 0.35μ m×0.35μ m×1μ m，共包含16216层矢状原始切面。该数据集也同时在全脑网络可视化(Visible Brain-wide Networks, VBN)网站进行了共享，访问地址为 https://vbn.org.cn/2D/id3.html。　　HBP是2013年经欧盟委员会批准发起的旗舰级拨款项目，汇集了欧洲神经科学领域的众多科研团队与神经科学前沿研究课题，有超过120个参与机构和10亿欧元的项目资金。神经信息平台是HBP的重要组成部分，用于神经科学数据的发布与检索，近期发布的是神经信息平台的第一个公开版本，可直接通过 https://nip.humanbrainproject.eu 访问。HBP还同时发布了脑模拟平台、高性能计算平台、医学信息平台、神经形态计算平台和神经机器人平台，可通过 https://collab.humanbrainproject.eu 注册、登录和使用。

随着生活节奏的加快，城市里的夜生活也多姿多彩，各种酒吧、静吧、KTV、温泉浴所都吸引着都市中的红男绿女蜂拥纷至，随心所欲的释放压力，愉悦身心，但是也有一些人为了追求感官的刺激聚众吸毒。10月10日广西南宁青秀警方就抓获一群在KTV里聚众贩毒吸毒人员。当天是其中一名黎姓女子的生日，当晚她与好友在别处玩了一次黑屋逃生之后，有一名男性朋友帮其在江南区五一路某KTV开了一间包厢，并呼朋唤友前往狂欢庆祝一番。为了让朋友不虚此行，其中有一名男性朋友提议用"神仙水"款待好友，并联系购得两小包"神仙水"后，用饮品勾兑稀释过后吸食。哪知聚齐朋友后，开大音响吸食dupin狂欢时，最终被突然而至的民警一窝端了。什么是“神仙水”？下面要说的是一种非一般的“神仙水”并不是那种滋润肌肤、美容养颜之余，还有点口水味的神仙水，而是一种中枢神经抑制剂。这种被称为“神仙水”中枢神经抑制剂通俗的说就是强奸药。60年代初的人们曾把它用作外科手术麻醉剂但发现不良副作用后被停用直到90年代神仙水的“迷奸”作用被发掘。神仙水”一般指γ-羟丁酸（gamma-hydroxybutyrate，GHB），γ-丁内酯（gammabutyrolactone，GBL）、1,4-丁二醇（1,4-butanediol，1,4-BD）也能产生类似效果。它们与MDMA、氯胺酮一起并称为三大“迷奸药”，与此有关的性犯罪时有发生。GHB对中枢神经系统有强烈的抑制作用，目前是我国规定管制的第 一 类精神药品，通常滥用的是其钠盐，为白色粉末。滥用群体经常将GHB、GBL和1,4-BD掺入酒精中饮用。低剂量GHB（约0.5克至1.5克）进入人体会影响人脑部正常的传导物质的运输，能引起松弛、平静、性冲动、中等欣快感、情绪热烈，令人舒适的睡意。高剂量GHB可以引起松弛、欣快、混乱、嗜睡、恶心、呕吐、易激动、眼球震颤、外周视觉丧失、幻觉、短时健忘症。如果摄入过量，则会心搏徐缓，有可能发生痉挛性肌肉收缩、神志不清、谵妄、抽搐、昏迷、肝衰竭、呼吸抑制、呼吸暂停、低血压和吸入性肺炎；中毒者还可能因呕吐使呼吸道梗阻而窒息而死。GBL和1,4-BD口服后可在人体内迅速水解成为GHB，因此其滥用效果与GHB几乎相同。针对禁毒应用，赛纳斯自主研发了785 nm和1064 nm的手持式拉曼光谱仪，内置大量管控精神类药品和麻醉药品、dupin数据库，结合增强试剂可实现低浓度（赛纳斯手持式拉曼光谱仪是一种便携、准确性高的现场快检利器。

在看到上面的那组狗狗的照片后，我们通常会根据长相（品种）、毛色、耳朵大小、脸型等特征对它们进行快速地比较和分类。这似乎是人类所擅长的。然而，如果针对狗狗下面那组蛋白质图像进行细胞分析，那显然那不是人眼人脑能胜任的工作；但一种新的人工智能就可以做到。众所周知，细胞功能失调是许多人类疾病的根源，包括心血管疾病、神经退行性疾病、糖尿病和癌症等。因此，解释蛋白质定位的多样性和复杂性对于充分理解细胞结构和功能至关重要。它不仅可以揭示出健康细胞的工作方式；更重要的是，当疾病来临时，它还可以让科学家知道细胞内部发生了什么。2022年7月25日，发表在《Nature Methods》上的一项新研究中，来自陈扎克伯格生物中心（简称CZ Biohub）的研究团队开发了这种名为“Cytoself”的完全自监督的深度学习方法，可以在没有预存知识、类别或注释的情况下从荧光显微镜图像中分类和比较不同的人类蛋白质，从而揭示出高分辨率的蛋白质亚细胞定位图谱。每个细胞包含大约10000种不同类型的蛋白质，它们中的一些单独工作，另一些协同工作以保持细胞健康。蛋白质在细胞中定位的所有可能方式是什么？它可能存在于任何位置，以及位置的各种组合。这是一个最基本的问题。几十年来，生物学家们一直试图建立细胞内蛋白质所有可能的位置和可能的结构。但这一直都是通过人工查看数据的方式来实现的。问题是，人类的局限性和偏见在很大程度上会使这一过程产生瑕疵。Cytoself要比人类做得更好。它可以找到更精细的类别，并在极其精细的图像中看到差异。在旋转的3D UMAP图像中，每个点代表单个蛋白质图像。根据蛋白质定位类别进行着色在这篇论文中，Cytoself不仅展示了机器学习算法的威力，还深入了解了细胞和蛋白质，提供了细胞内蛋白质定位丰富且详细的信息。由于蛋白质的定位与其细胞功能高度相关，因此，Cytoself将是一个宝贵的工具，可以对未知的或研究不多的蛋白质进行初步的功能预测，并定量研究细胞扰动和细胞状态变化对蛋白质亚细胞定位的影响。这将进一步加快细胞生物学的研究进度，并最终用于加速药物发现和药物筛选过程。Cytoself是一个自监督学习的例子，这意味着人类不会像监督式学习那样教授关于蛋白质图像算法的任何内容。在监督学习中，研究人员必须一个例子接一个例子地去教授机器学习算法，这需要大量繁琐枯燥的工作；而且，如果机器仅限于人类训练给它的知识类别，那么它可能会在系统中引入偏差。该研究第一作者Hirofumi Kobayashi说：“我们相信信息已经在图像中了。我们想看看这台人工智能自己能学会什么。”他们发现，Cytoself从图像中提取的信息量着实令人感到惊讶。该研究共同通讯作者Manuel Leonetti说：“蛋白质定位的详细程度比我们想象的要高得多。机器将每个蛋白质图像转换成一个数学向量。然后你可以开始对看起来相同的图像进行排序。我们意识到，Cytoself可以让我们以高特异性预测蛋白质在细胞中的协同作用，这着实令人惊讶。”虽然以前也有一些研究使用了自监督或无监督模型对蛋白质图像进行了研究工作；但该团队表示，能在如此大的数据集上且如此成功地使用自监督学习还是首次。该数据集包含100多万张图像，涵盖了从活体人类细胞中测量的超过1300种蛋白质。这些图像是CZ Biohub开发的OpenCell项目的一部分，该项目旨在创建人类细胞的完整图谱，包括最终描述驱动细胞的20000种左右的蛋白质。与CZ Biohub开发的所有工具一样，cytoself是开源的，所有人都可以使用。该团队望这将激励更多研究人员使用类似的算法来解决自己的图像分析问题。今年早些时候，他们在《Science》上发表了第一批1310种蛋白质的特征，包括每种蛋白质的图像以及它们之间相互作用的映射。Cytoself是OpenCell成功的关键（所有图像可在OpenCell.czbiohub.org上获得），提供了关于蛋白质定位的非常精细和定量的信息。Cytoself团队的下一个目标是如何利用对蛋白质定位的微小变化进行跟踪来识别不同的细胞状态，例如，正常细胞与癌细胞。这可能是更好地了解许多疾病和促进药物发现的关键。Kobayashi说：“药物筛选基本上是试错的过程。但对于Cytoself，这是一个巨大的飞跃，因为你不需要对数千种蛋白质逐一进行实验。这是一种低成本的方法，可以大大提高研究速度。”该团队表示，Cytoself是关于人体细胞如何连接的重要生物学结果。同时，他们还在将该算法应用于新的问题，并且在继续完善人类已知的一切和未知问题。未来，他们会将Cytoself应用于不同类型的图像，从而开辟出更多的可能性。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41592-022-01541-zhttps://www.science.org/doi/10.1126/science.abi6983https://opencell.czbiohub.org/

随着塑料品的消费量逐年增加，塑料污染已然成为全球面临的最紧迫的环境威胁之一。而这些塑料制品释放出的塑料碎片，又会在物理、化学和生物的进一步降解后分解成为“更微小但更严重”的威胁，即「微塑料」或「纳米塑料」。 微塑料（Microplastic），是指直径在1μm至5mm之间的塑料碎片和颗粒，在塑料制品使用过程中释放，特别是食物用途的塑料制品。事实上，越来越多的实验表明，塑料聚合物的碎裂并未止步于“微米级”，而是进一步形成了纳米塑料，数量上更是比预期高出了好几个量级。 纳米塑料（Nanoplastics），则是目前已知最小的微塑料，尺寸在1μm以下。与微塑料相比，纳米塑料更易进入人体，其体积小到可以穿过生物屏障（比如细胞膜）并进入生物系统，包括血液、淋巴系统，甚至全身。 胎盘中微塑料检出率高达100% 微/纳米塑料可能会遍布全身并产生损害？ 这并非空穴来风，Toxicological Sciences上最新刊登的研究，采用了一种新的分析工具测量了人类胎盘中存在的微塑料，得到的结果令人震惊！在接受测量的62个胎盘样本中100%地检测出了微塑料，浓度为每克组织中6.5-790微克。 微克，听起来不多？但正如毒理学中的基本原理“剂量决定毒性”所述，积少成多聚沙成塔，如果剂量不断增加，很可能带来一定的健康危害。“如果连胎盘中都存在微塑料，那么地球上所有哺乳动物的生命均可能受到影响，说明事态很严峻了！”美国新墨西哥大学的Matthew Campen博士强调。 图源：https://hsc.unm.edu/news/2024/02/hsc-newsroom-post-microplastics.html 人类胎盘由贝勒医学院数据库提供，收集时间为2011-2015年，最终有62个符合条件的胎盘被用于Py-GC-MS分析。 为了能更精准地确定和量化纳米和微塑料（NMPs）在人体组织中的累积程度，研究者开发了一种新方法：通过皂化反应和超速离心从人体组织样本中提取出固体材料，从而可以采用热裂解-气质联用（Py-GC-MS）来对塑料进行高度特异性和定量分析。 具体来说，研究者首先对样本进行化学处理，使得脂肪、蛋白质进一步水解和皂化成小分子。接着，将样品放入超速离心机中，最终在试管底部观察到一小块塑料。 再然后，研究者采用Py-GC-MS对收集到的塑料块儿进行处理，将其加热到600℃后，从而捕捉不同类型的塑料在特定温度下燃烧时释放出的气体。“很酷的是，气体进入质谱仪后，会留下属于自己的印迹。”Campen解释道。 实验流程 Py-GC-MS分析显示，纳入分析的62个胎盘样本中均存在微塑料，每克胎盘组织中的NMPs浓度从6.5µg到685µg不等，均值为126.8±147.5µg/g。 其中，胎盘组织中最常见的聚合物是聚乙烯（PE），几乎所有样本中都存在。按重量计算，PE占NMPs总量的54%，平均浓度为68.8±93.2µg/g。事实上，生活中聚乙烯的使用率非常高，主要用于食品包装和塑料瓶，比如水果、蔬菜、超市采购回来的半成品都是用PE保鲜膜。 聚氯乙烯（PVC）和尼龙紧随其后，各占总量的10%左右。而剩余的26%，由其他9种聚合物组成。 胎盘中的NMPs含量 研究者表示，在胎盘中发现如此高浓度的微塑料，是一件非常令人担忧的事儿！胎盘是孕期母体和胎儿循环系统之间的接口，约在怀孕后一个月开始形成。时间跨度上来说，胎盘组织仅有8个月左右的生长期，就能囤积如此之高浓度的NMPs；那么，这些微塑料也会在人体内其他器官进行更长期的积累。 警惕！微塑料已入侵人类心脏及全身 而这绝不是杞人忧天。去年，来自中国首都医科大学的研究学者们竟然在与外部环境没有接触的器官——心脏及其周围组织中发现了微塑料的存在！ 研究者从心脏收集来的5种不同类型的组织中，包括心包、心外膜脂肪组织（EAT）、心包脂肪组织（PAT）、心肌和左心耳（LAA），检测到直径20-469μm不等的微塑料颗粒。 doi: 10.1021/acs.est.2c07179. 为了获得人体内器官存在微塑料的“直接证据”，研究者招募了15名正在经历心脏手术的参与者，最终收集到6个心包样本、6个EAT样本、11个PAT样本、3个心肌样本和5个LAA样本。最终，在所有的5类样本中均检测到了微塑料的存在，直径从20到469μm不等。 其中，最常见的微塑料类型是聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），约占总数的77%，在心包、EAT、PAT和心肌中的具体占比分别高达96%、83%、49%和43%；其次为占12%的聚氨酯（PU），主要存在于LAA样本中。 值得注意的是，虽然PE只占到微塑料颗粒总数的1%，但在所有的组织样本中均检测到。同时，在9号患者的心肌样本中也能找到PE，说明微塑料的污染已达到了人体最深的解剖结构！ 微塑料在人体中的分布情况 由于此次样本是接受心脏手术的患者，研究者还发现了另一个微塑料的来源途径——没错，就是心脏手术本身。 在手术过程中，患者会接触到各种带有塑料成分的医疗器械，这也使得手术前后患者血液样本中的微塑料类型以及直径分布出现了改变。举例来说，手术前血液中检测到的最常见的微塑料类型为PET，占67%；而聚酰胺（PA）则是手术后血液样本的含量最高的微塑料颗粒类型。 因此，研究者强调，侵入性医疗程序很有可能成为被忽视的微塑料暴露途径，值得重视！ 心脏中的各种微塑料类型分布 先前，加拿大的Kieran D. Cox教授和他的团队以美国人饮食为基础，根据食物消费种类以及不同种类食物所含有的微塑料数量，估算出每人每年会吃掉5万个微塑料颗粒，如果算上漂浮在空气中、被呼吸吸入的微塑料，那么每人每年吃掉的微塑料颗粒数量在7.4万-12.1万之间。 按照重量计算的话，每人每周大约吃掉5g微塑料，相当于一张银行卡的重量！还真是活到老，吃微塑料到老呢。 微/纳米塑料的“温水煮青蛙”式健康危害 不夸张地说，NMPs对人的影响往往是“温水煮青蛙式”的——很容易被忽视，但对健康的危害或是积年累月的。 去年，维也纳医科大学等多院校联合开展的研究，揭示了一个令人惊讶的现象：仅摄入后2小时，纳米塑料便会穿过血脑屏障（BBB）抵达大脑，而这可能会增加炎症、神经系统疾病以及神经退行性疾病的风险。 本研究中，研究者选择了聚苯乙烯（PS）来模拟塑料微粒通过血脑屏障后的转移。PS属于热塑性塑料，经常被用来制作各种需要承受开水温度的塑料杯、一次性泡沫饭盒；因其使用广泛，污染环境的程度较高，而被纳入了本次的重点研究对象。 令研究学者意想不到的事情发生了！在灌胃的仅仅2小时后，小鼠脑组织中便出现了特定的纳米级绿色荧光信号。这表明，0.293µm的PS微粒能在很短的时间内被胃肠道吸收，并穿透BBB进入脑组织中。 有意思的是，脑组织中只检测到了绿色荧光颗粒（即0.293µm的纳米塑料），而没有更大颗粒的信号。也就是说，塑料微粒的大小或是影响其穿透BBB能力的关键因素。 给药的2小时后，小鼠脑内检测到纳米级PS塑料微粒 此外，Science Advances上最新刊登的研究揭露了微塑料的另一大新罪证——纳米塑料能够进入大脑，与神经元中的蛋白纤维发生作用，从而加剧帕金森病的风险。 这些“狡猾”的塑料微粒不仅仅是进入大脑这么简单，还诱导了严重的神经毒性，成为某些疾病的“铺路石”。 DOI: 10.1126/sciadv.adi8716 帕金森病（PD）的病理特征是α-突触核蛋白在脆弱的脑神经元中病理性积聚，可以说α-突触核蛋白是PD发病中的中心环节。 为了探明塑料微粒与帕金森病之间的关系，第一步，研究者先在体外将高浓度的野生型人类α-突触核蛋白单体蛋白（~1 mg/ml）与聚苯乙烯纳米塑料（平均直径~39.5±0.7nm的1nM）进行混合。 结果显示，在阴离子纳米塑料污染物的催化下，α-突触核蛋白发生了聚集。具体来说，在α-突触核蛋白与纳米塑料污染物持续混合的6天后，产生了浑浊的白色泡沫界面，整体也出现了浑浊。使用负染色透射电镜（TEM）观察溶液中的产物发现，早在第3天就有多条α-突触核蛋白纤维从单个微塑料中发出。纳米塑料污染物与α-突触核蛋白的混合过程 第二步便是探究“how”——具体来说，阴离子纳米塑料是如何加速α-突触核蛋白的聚集的呢？ 分子动力学（MD）模拟表明，α-突触核蛋白与阴离子纳米塑料形成了相当稳定的复合物，其特点是在两亲结构域和邻接非淀粉样成分（NAC）结构域中具有很强的静电吸引和压实作用。然而，如果使用中性或阳离子纳米塑料来取代阴离子纳米塑料时，则未能形成类似的复合物。 仔细观察发现，阴离子纳米塑料能够置换水，插入α-突触核蛋白的两亲结构域和NAC结构域，并与之形成强烈的相互作用。正是两亲结构域和NAC结构域的存在，促成了阴离子纳米塑料与α-突触核蛋白的特异性结合，从而促进α-突触核蛋白成核。 与此同时，阴离子纳米塑料还会导致神经元的轻度溶酶体损伤，减缓α-突触核蛋白聚集体的降解。生成的增多，降解的减少，自然会导致“不平衡”的发生。 阴离子纳米塑料与α-突触核蛋白共同形成了稳定的复合物 第三步便是追踪真实的脑内链路，研究者构建了小鼠模型，将不同浓度的人类α-突触核蛋白纤维滴定在小鼠的初级神经元上。光片显微镜和共聚焦分析表明，α-突触核蛋白纤维很容易扩散开来，在大脑皮层、丘脑和杏仁核的神经元以及黑质紧密区（SNpc）的多巴胺能神经元中积聚。 当共同注射纳米塑料与α-突触核蛋白纤维时则出现了更令人惊讶的情况——注射3天后，SNpc中大约20%的多巴胺能神经元的α-突触核蛋白纤维和纳米塑料均呈阳性，且有75%的α-突触核蛋白纤维信号与纳米塑料共定位。 事实上，当给小鼠同时注射纳米塑料和α-突触核蛋白纤维时，会在多巴胺能神经元中观察到成熟的胞质磷酸化Ser129-α-突触核蛋白包涵体，同时在整个皮质幔、杏仁核和SNpc中均出现了pS129-α-突触核蛋白病理变化的大幅增加。 总结而言，在较高的纳米塑料浓度下，这些大脑中的阴离子纳米塑料污染物会与α-突触核蛋白纤维发生协同作用，上调pS129-α-突触核蛋白包涵体在相互连通的大脑区域中的传播，进而增加了小鼠大脑皮层、杏仁核和SNpc中的病理沉积。 纳米塑料在小鼠脑内聚集并形成包涵体 最后一步，也是与人类关联性最强的一步——研究者采用裂解气相色谱-质谱法在人脑中检测到清晰的苯乙烯纳米塑料。 聚苯乙烯并非止步于血液中，其纳米塑料颗粒可穿透哺乳动物的血脑屏障。在先前的研究中，研究者在路易体痴呆症患者的额叶皮层脑组织中观察到很强的α-突触核蛋白种子活性，同时也发现了强烈的苯乙烯离子痕迹。 这些数据首次测量了纳米塑料可能作为污染物进入人脑组织中，但其浓度与作用还需要更进一步的人体试验进行探究。 神经元α-突触核蛋白和纳米塑料污染物之间的病理相互作用 综上，纳米塑料污染能够促进帕金森病以及痴呆症相关的α-突触核蛋白的聚集。具体来说，阴离子纳米塑料污染物能够进入大脑组织，通过与α-突触核蛋白的两亲和NAC结合域的高亲和相互作用，导致α-突触核蛋白病理学的传播和积聚，进而诱导帕金森等神经性疾病的发生。 众所周知，塑料降解速度很慢，通常会持续数百年甚至数千年，这也增加了微塑料被摄入并累积在许多生物体和组织中的可能性。 为了避免人类的五脏六腑变成“塑料制品”，最简单的办法就是——尽量在生活中减少塑料制品的使用并及时治理塑料污染，别让地球被塑料“攻陷”之后再追悔莫及。

CAC(Chemomerics in Analytical Chemistry)系列国际学术会议，是分析化学领域化学计量学界学术前沿交流平台，影响广泛。CAC2016 即第十六届国际化学计量学大会——XVI Chemomerics in Analytical Chemistry (http://www.cacbarcelona.com)继CAC2015在中国长沙成功召开后，于2016年6月6-10日期间在西班牙巴塞罗那圆满召开的又一次CAC会议，来自36个国家超过300名专家学者参加了本次大会，中国有15位(大陆14位和台湾1位)代表赴会，中南大学许青松教授、湖南大学吴海龙教授、首都师范大学张卓勇教授以及中国农业科学院油料所张良晓副研究员应邀作了口头报告。本次大会共有279篇论文参会，安排了5个大会邀请报告、7个主题邀请报告以及56个口头报告，还有211个墙报展示。会议首日组织了丰富的化学计量学课程，包括多元曲线分辨，过程控制，数据预处理，实验设计，分类方法，多元图像分析等内容进行辅导，由于化学计量学基础理论知识要求较高，入门较难，课程的组织有利于扎实掌握相关化学计量学基础。中国参会代表　　本次会议共分6个主题单元，分别是理论与方法研究、实验设计与过程分析、组学与法医学(Forensic)、食品与传感分析、环境与分离分析、光谱与成像分析等。安排的5个大会邀请报告主要从化学计量学学科的历史和基本概念入手，介绍如何使用化学计量学挖掘化学数据，针对化学问题如何采用化学计量学方法解决等方面，如澳大利亚的Marcel Maeder教授的报告题目为“Chemistry in Chemometrics — Chemometrics in Chemistry”，加拿大的Peter D. Wentzell教授的报告题目为“Known Unknowns and Unknown Unknowns：Unravelling Multivariate Measurement Errors”，波兰的Beata Walczak的报告题目为“Topological Insight Into Chemical Data: A Gentle Introduction”，荷兰的Paul Eilers “Uncommon Penalties For Common Problems”，会议的最后一天，来自阿根廷的Alejandro Olivieri教授还作了题为“Recent Advances In The Estimation of Multivariate/Multiway Analytical Figures of Merit”，系统性地介绍了多变量多维校正分析品质因素研究的最新进展。　　会议的第一个主题：理论与方法研究单元的报告数占比很高，尤其是口头报告数，安排长达一整天，体现了CAC系列会议历来比较注重理论与方法研究。口头报告中对惩罚、Boosting、变量选择、PCA中的置换检验、多块(Multiblock)分析、线性模型估计、样本划分、稀疏建模、稳健建模、无监督分类方法、多维分析等方面提出了新算法或新理论，理论性较强，同时又给出应用实例，总体研究水平较高。值得指出的是，该主题单元的两个主题邀请报告都涉及大数据分析，美国的John H. Kalivas作了题为“Taking A Big Data Approach To Local Spectral Calibration”的报告，采用大数据分析校正光谱数据 西班牙José Camacho教授作了题为“Multivariate Big Data Analysis And Its Application To The Internet”，介绍了多变量大数据分析方法以及在网络上的应用，可见大数据分析的研究越来越受到重视。 第二大主题单元是关于实验设计与过程分析，该主题的报告数占比最少，尤其是口头报告。而实验设计又相比过程分析偏少，然而实验设计研究对于实验的指导是必不可少的。而过程分析主要侧重工业的在线分析应用。 第三大主题单元是组学与法医学，该单元报告主要集中在代谢组学和微生物组学，采用NMR、LC-MS和ICP-MS仪器分析较多，除了从体液水平研究代谢组学，还从细胞水平进行研究。与前几届CAC会议不同的是，法医学被列为本次会议主题单元，体现了该领域越来越获到重视，应用也越来越广泛，如针对伪造签名笔迹或犯罪分子指纹体液等通过仪器分析手段获取谱数据或图像数据，结合化学计量学算法进行判别分析。 第三至第六主题单元，分别包括食品与传感分析，环境与分离分析，光谱以及成像分析等内容，以算法+应用为主，包括许多化学计量学应用。食品与传感分析中主要采用NMR或光谱技术量测获取数据再结合化学计量学方法进行定性定量分析，还有篇口头报告以人脑为研究对象进行研究。环境与分离分析单元口头报告数最少，主要应用多元分辨技术(MCR)解决实际问题。光谱与成像分析报告相对较多，尤其是在墙报中，总占比将近四分之一，可见该领域的热门程度。利用太赫兹、激光、荧光、X射线、红外、近红外、拉曼光谱技术和质谱作为分析手段，在食品、药品、中草药、临床、土壤、农作物、饮料、水产品以及相关产品分析中的应用，研究内容涉及到高光谱分辨、模型转移、数据融合、变量选择方法以及各种定量定性模型等。表1 各个主题单元的报告占比　　本次会议为期5天，日程安排紧凑，继续本着CAC系列会议团结、严肃、认真、活跃之精神，学术性较高，学术交流内容丰富，讨论活跃，效果明显，与会者围绕化学计量学当前研究热点展开了充分的交流和深入的探讨，取得了非常好的交流效果。墙报展示阶段是本次会议的亮点之一，墙报展出率达到了95%以上，墙报质量非常高，图表非常漂亮，报告人活跃热情地与参会人员交流与解答，值得我们学习。本次会议还颁发了化学计量学终身成就奖、一个青年科学家奖以及三个最佳墙报奖。我国中南大学梁逸曾教授成为本届会议化学计量学终身成就奖唯一获得者(链接)。旅德中国学生郭淑霞(德国耶拿大学物理化学研究所)获得了“最佳墙报奖”，题为“Model Transform for Raman Spectroscopy in Biological Applications”。下一届CAC会议，即第十七届国际化学计量学大会将在加拿大哈利法克斯召开，具体由Peter D. Wentzell教授牵头承办，我们希望有更多的中国化学计量学代表参加，加强与国际化学计量学界的学术交流。　　(中南大学 云永欢博士、湖南大学 吴海龙教授 供稿)

针对许多生物医学研究实验中遇到的问题，来自麻省理工学院的研究人员设计了一种解决方案，可以使大脑和其他大型组织中的细胞和分子成像更容易，同时样品也足够坚韧，可以在实验室中进行多次处理，这种技术提出了一种化学过程，帮助组织拉伸，压缩，且坚固。这一新技术公布在Nature Methods杂志上。这种被称为“ ELAST”技术为科学家提供了一种非常快速的方法来荧光标记大脑，肾脏，肺，心脏和其他器官内的细胞，蛋白质，遗传物质和其他分子。麻省理工学院Kwanghun Chung实验室在一项由国家卫生研究院资助，为期五年的项目中，开发了ELAST ，绘制出人类整个大脑最全面的图谱。要完成这样的图谱，要求能够在最厚的组织中标记和扫描每个精细的细胞和分子细节，这也意味着实验室必须能够将样本完整地保持多年。Chung说：“当人们捐赠大脑时，就像在捐赠图书馆一样。每个图书馆都包含有价值的信息，但我们不能同时访问该图书馆中的所有书籍，必须在不损坏它地重复访问的情况下利用该图书馆。这些大脑中的每一个都是极其宝贵的资源。”为此，研究人员改变了思维方式：如果我们的目标不是成像生活事件，而是成像外观，就可以在保持外观的同时改变组织的物质类型。新配方在这项研究中，研究人员对凝胶状化学品聚丙烯酰胺配方进行了改进，文章作者Webster Guan说，在过去，大家用一种与交联化学物质不同的形式，使组织坚固，但不能保存时间长，现在改进配方了，所以当该配方注入组织时，细胞和分子将直接附着在网格状的网格上。在新配方中，该团队使用了高浓度的丙烯酰胺，而交联剂和引发剂却少得多。结果表明是长的聚合物链与能够缠结的链环缠结在一起，使凝胶结构完整，且具有更大的柔韧性。不仅如此，组织的细胞和分子并没有附着在链上，而是纠缠在其中，进一步增加了注入丙烯酰胺组织承受拉伸或挤压的能力，而不会在组织中造成任何撕裂或永久移位。在该研究中，研究小组报告了将人或小鼠的脑组织同时拉伸至其宽度和长度的两倍，或者将其厚度压缩10倍，恢复到正常大小后几乎没有变形。这些结果表明，ELAST能够实现完全可逆的组织形状转换，同时保留组织中的结构和分子信息。将聚丙烯酰胺完全整合到大量组织中，达到弹性可能需要长达21天的时间，但是从那时起，任何单独的标记步骤（例如标记特定类型的细胞确定其丰度）或特定的蛋白质来查看其表达方式，其过程比以前的方法要快得多。比如研究人员通过反复压缩人脑的5毫米厚的横截面，只需24小时就可以完全贴上标签。早在2013年，Chung及其同事曾首次推出了“ CLARITY”，这是一种使脑组织透明并用丙烯酰胺凝胶固定的方法，研究人员需要24小时才能将切片标记为厚度的十分之一。由于标记时间是通过平方探针必须穿透的深度来估算的，因此计算表明，使用ELAST进行标记的速度比使用CLARITY进行速度快100倍。Chung说，尽管他们实验室主要集中在大脑，但对其他器官也具有适用性，可以帮助进行其他细胞定位工作。即使标记组织根本不是靶标，拥有一种简单的新方法来制造耐用的弹性凝胶也可以有其他应用，例如在创建软机器人方面。

类器官（Organoid）是十四五国家重点研发计划中6个重点专项之一，是国家科技部的重点关注项目。近年来相关的项目和文章也迅速升温，仅过去的2023年上半年，“Organoid”相关文章就有两千多篇，远超前几年同期水平，意味着该领域的研究热度持续上升。 国自然基金申报“内卷”趋势越来越显著，而类器官（Organoid）作为前沿热点技术之一，近年来备受申请人和评审专家们的关注。类器官相关的课题和项目在申请国自然上具有得天独厚的优势。尤其是2018年以来，类器官相关方向，连续几年被国自然申报指南列为推荐项目的研究方向。作为具有高适用度的体外模型之一，类器官从最初的体外模型补充参考的工具，逐渐开始“挑国自然大梁”。PubMed类器官相关文章数量趋势 近期，一篇以《人脑类器官中的谱系记录》（Lineage recording in human cerebral organoids）为题的类器官文献登上Nature Methods。该文献结合单细胞测序、空间转录组以及4D光片显微成像技术（长时间高分辨类器官光片显微镜），实现了人类大脑类器官的谱系记录。 近年来，人类诱导多能干细胞iPSCs衍生的类器官，为研究人体器官发育提供了模型。单细胞测序技术能够高度鉴定系统内细胞状态的描述，然而，目前还没有很好的方法直接测量细胞谱系关系。谱系偶联scRNA-seq允许在复杂组织和其他细胞分化场景中更好地注释细胞命运规范和轨迹推断。长时间高分辨类器官光片显微镜基于图像的方法，为捕捉全面的发育动态提供了一种可视化方法。因此，谱系偶联单细胞转录组学和长时间高分辨类器官光片显微镜为记录和理解iPSCs建立的类器官系统的谱系动力学提供了全面的解决方案。 长时间高分辨类器官光片显微镜-LS2是一款全新光片成像平台，可实现活细胞的长时间、高分辨、高通量、多样品同时成像，非常适合对直径达300 μm的光敏样品（如卵母细胞，胚胎和类器官）进行长期实时高时空分辨率和低光毒性的观察与成像。这一成熟的长时间实时类器官成像技术也为本实验提供了关键数据支撑。 作者建立了一个双通道细胞谱系记录系统(iTracer) 来了解脑类器官脑区域化过程中的谱系动力学。系统设置从最原始的iPSCs样本库中开始跟踪克隆，同时也允许使用诱导疤痕在不同的时间点进行谱系记录，以解决动力学与神经元命运之间建立关系尚不明确的问题。该系统既可以进行克隆分析，也可以探索细胞命运建立的时间动态，避免了多轮标记。在脑类器官发育的时间过程中进行的单细胞转录组分析证实，在单个类器官中形成了不同的脑区域，类器官中的脑区域特征与发育中的小鼠大脑空间原位地图集的对应区域非常相似。使用iTracer来探索在脑类器官模式和神经发生过程中与分子特征相结合的谱系，并表明该系统与空间转录组学兼容。 图1 iTracer Sleeping Beauty示意图并且揭示了人类大脑类器官细胞命运的克隆性 为了将分子状态、细胞谱系和位置信息联系起来，作者建立了“空间iTracer”，它使用空间转录组测序技术来测量基因表达和iTracer读取结果。数据表明，在脑类器官发育过程中，相关细胞倾向于聚集在类器官的同一区域，接收相似的图案信号，因此平均而言被限制在相同的大脑区域身份中。iTracer和空间iTracer共同揭示了脑类器官不同脑区细胞克隆的富集，这可以追溯到初始化EB 内的克隆。 图2 空间iTracer连接脑类器官的谱系、分子状态和位置信息 为了直接测量神经外胚层到神经上皮阶段发育中的类器官的谱系动力学和克隆的空间积累，作者使用4D光片显微成像技术（长时间高分辨类器官光片显微镜）建立了发育中的脑类器官的长期实时成像(图3a)。简单地说，作者生成了含有5% iPSCs的类器官，其细胞核被FUS-mEGFP荧光报告标记，将EB嵌入成像室的Matrigel中，并在神经诱导培养基中培养，类器官使用Viventis Microscopy开发的LS1 Live光片显微镜成像，使用X25物镜，每2 μm获得连续z步，共150步。采集帧率为30分钟，总共100小时(200帧)用于跟踪。并跟踪发育 65-100小时(图3b)。随着EB的生长和发育，观察到几个管腔的形成，每个管腔都可以在三维上跟踪(图3c)。 图3 脑类器官发育的长时间高分辨类器官光片显微镜4D成像 在整个记录时间内，作者使用Mastodon直接跟踪单个细胞核的谱系，这是一个允许在大型4D数据集中半自动跟踪和管理细胞核谱系的方案(图3d,e)。他可视化了源自原始细胞核的子细胞的空间分布，称之为谱系1 (L1)，并生成了100小时增殖后的谱系树(图3f)。一个细胞周期的平均持续时间估计为17.3小时。作者观察到，在整个记录时间内，L1仍然局限于腔内的同一区域(图3d)。跟踪了另外三个核，其中两个核与L1 (L2-L3)在相同的管腔区域相邻，第三个核(L4)位于EB中一个截然相反的未来管腔区域(图3g)。作者量化了每个树之间的空间距离，并检查了类器官3D空间内所有子细胞的分布(图3g-i)。在65小时的过程中，初始化细胞核平均产生13个后代细胞核，它们都填充在扩大的类器官中，但在空间上仍然局限于亲本管腔，表现出有限的远离其谱系成员的迁移(图3g-i)。这些结果表明，克隆的早期空间排列随后的局部扩增导致脑区域的不同谱系组成，这证实了之前基于iTracer的类器官脑区域克隆性观察(图3j)。 脑类器官发育的长时间高分辨类器官光片成像视频（点击图片即可观看） 另外，作者还使用iTracer来确定细胞在脑类器官发育过程中何时限制了它们的命运。研究者使用谱系记录器的两个通道(在EB初始化和发育过程中诱导的疤痕中引入的条形码)以及单细胞转录组来构建命运映射的全类器官系统发育。使用iTracer以高分辨率评估不同脑类器官区域中祖细胞到神经元谱系的可变性。为了实现深层谱系采样，他们对200 μm iTracer类器官切片的两个微解剖外周区域进行了谱系偶联单细胞转录组学。 作者整合了静态序列标记和基于CRISPR 技术的动态序列标记，可用于标记起始时间点的不同干细胞，也包括基于 CRISPR 编辑系统的动态序列标记，结合带有可诱导 Cas9 蛋白基因的干细胞，即可在特定时间点产生额外的随机突变，从而得到第二层细胞谱系信息。通过使用4D光片显微成像技术（长时间高分辨类器官光片显微镜），对稀疏核标记的大脑类器官进行追踪观察。而在此基础上，通过在不同时间点引入动态序列标记，还可得到大脑类器官中不同细胞类型、特别是不同类型神经元的命运决定关键时间点，并对同一多能干细胞产生的不同后代神经元的分化情况进行比较。进而得出在分裂分化过程中，大脑类器官的细胞并未发生显著的细胞迁移，因而其后代细胞呈聚集分布，并在类似的微环境作用下，被诱导为同样类型的神经元。 未来，iTracer以及4D光片显微成像技术（长时间高分辨类器官光片显微镜）的联合应用将成为了解人类类器官系统发育障碍背后的突变影响的有力方法。参考文献：[1]. He et al., Lineage recording in human cerebral organoids. Nature Methods

类器官是指利用成体干细胞或多能干细胞进行体外培养而形成的具有一定空间结构的组织类似物，其能够真实模拟人体组织结构及功能并长期稳定传代培养。近年来类器官在精准医疗、再生医学、药物开发等领域展现出独特优势，成为各大期刊谈论的热点话题。2022年2月，美国哈佛大学和麻省理工大学的研究人员曾发表关于“人脑类器官对自闭症的研究”论文[1]，研究人员通过使用人脑类器官进行实验，发现了不同风险基因对脑细胞的影响，表明不同的自闭症风险基因影响了不同类型的神经元发育或形成，且风险基因都影响了抑制性的γ-氨基丁酸神经元和深层兴奋性神经元。该实验为自闭症的临床研究和治疗策略提供了新思路，也展现了类器官在科研领域的探索和应用。 风险基因在培养的皮质类器官中的表达[1]镁伽生物类器官整体解决方案镁伽生物布局干细胞治疗和基于类器官的药物筛选领域，可提供肿瘤/组织、iPSC定向分化成类器官的整体化解决方案，覆盖多种正常类器官（心脏、脑、血管、小肠）以及超过10种肿瘤类型。实验数据表明，使用镁伽生物类器官试剂盒培养的类器官能够重现真实器官的部分生理功能，可应用于干细胞与发育、再生医学、疾病研究及精准医疗等多个领域，为疾病建模和药物筛选提供强大的平台支持。 镁伽AI图像识别技术测定心脏类器官电生理信号镁伽生物试剂盒助力高效培养类器官镁伽生物心脏类器官试剂盒镁伽生物心脏类器官试剂盒支持构建人多能干细胞高效分化成心脏类器官，支持在超低吸附的界面上使iPSC形成胚样体，使用简单的方案就可以构建正在发育的心脏的仿生模型，有助于研究心脏发育过程中的分子过程，以及开发和测试针对心脏疾病的新药。培养实验流程本试剂盒可支持培养24个心脏类器官，实验中先将iPSC细胞悬液在低吸附板上培养形成胚样体，然后将胚样体按照试剂盒使用要求定期更换培养基，分化开始的第9-13天内可得到能自主波动的、具有腔室结构的心脏类器官，可有效缩短类器官培养时间，培养成功率高达90%以上。 镁伽生物试剂盒培养的自主搏动的心脏类器官钙离子流变化钙离子流调控心肌收缩和舒张，维持心脏的正常功能。当心脏出现病理性变化时，钙离子流的异常也会导致心肌功能的异常，研究心脏钙离子流的变化对于心脏疾病的诊断和治疗具有重要意义。实验表明，镁伽生物培养的心脏类器官的钙离子流变化结果与正常心脏跳动时钙离子变化相似，可用于研究钙离子对心肌功能的作用机制。 镁伽生物培养的心脏类器官的钙离子流变化免疫3D荧光染色为了评估类器官的细胞特异性，可进行多谱系细胞荧光染色。通过荧光免疫染色，能够发现心脏类器官中腔体发育和心肌细胞特异性标记物TNNT2的表达，再进一步用CD31免疫染色，确认血管类似结构的形成。结果表明，镁伽生物试剂盒培养的心脏类器官具有接近其体内对应物的功能特性。 镁伽生物培养的心脏类器官的免疫3D荧光染色镁伽生物人脑类器官试剂盒镁伽生物人脑类器官试剂盒，通过hPSC诱导分化形成脑类器官，采用无血清细胞培养基系统，可体外构建出具备三维结构、能模拟人类大脑发育过程中的细胞间相互作用的脑类器官。培养实验流程本试剂盒通过四阶段分化方案使人多能干细胞(hPSC)最终分化为脑类器官：① hPSC 分化成胚状体；② 原始神经上皮的诱导形成；③ 脑类器官初步扩增；④ 脑类器官成熟化。经过一段时间的培养成熟后，使用该试剂盒生成的人脑类器官具有脑皮质样区域，如脑室区、室下外区、中间区、皮质板等，这些形成的区域与在体内观察到的分层方向相似。 镁伽生物试剂盒培养的人脑类器官镁伽生物人肠类器官试剂盒人体肠道类器官可作为研究肠道发育和细胞生物学、肠道炎症、肠再生、微生物相互作用、疾病建模、药筛的模型系统。本试剂盒适用于以多能干细胞（包括ES、iPSC等）为来源的肠道类器官的分化，经实验培养的肠类器官可以冷冻保存，也可以定期更换特定培养基进行长期维持培养。培养实验流程肠类器官试剂盒是一种无血清细胞培养基系统，通过三个阶段进行细胞分化，即内胚层、中/后肠和小肠分化为人小肠类器官。通过试剂盒可以将人多能干细胞(hPSC)培养诱导成内胚层、中/后肠球体和可以用来进行长期培养或冻存的小肠类器官。 镁伽生物试剂盒培养的人肠类器官 研读小结人类器官的研究是生物学研究的重要分支之一，其不仅可以模拟器官组织的发生过程及生理病理状态，也可以帮助我们更好的理解生命的各个维度，因而在基础研究以及临床诊疗方面具有广阔的应用前景。扫码领取镁伽类器官产品详细资料参考文献：[1]Paulsen B, Velasco S, Kedaigle AJ, et al. Autism genes converge on asynchronous development of shared neuron classes. Nature. 2022 602(7896):268-273. doi:10.1038/s41586-021-04358-6.

复旦大学冯建峰教授团队首次绘制大脑功能网络动态图谱近日，复旦大学类脑智能科学与技术研究院冯建峰教授团队在BRAIN上在线发表了题为《脑功能网络动态特性的神经、电生理和解剖关联及其在精神疾病中的改变》（“Neural， electrophysiological and anatomical basis of brain-network variability and its characteristic changes in mental disorders”）的论文，该研究通过核磁共振扫描技术定量刻画人类大脑各区域的动态相互作用模式，揭示了大脑产生动态变化机制，首次绘制了动态脑功能网络图谱。研究发现，大脑功能网络的动态变化程度与人类的智能高度相关。根据这一发现，未来将有可能通过赋予人工智能系统内部各部件动态相互作用的模式，使机器人真正产生人类的思维方式，这一重大成果或将对人工智能的发展带来革命性的影响。该论文被选为Brain编辑推荐和当期封面论文，《英国每日邮报》等海外几十家媒体给予焦点报道。2014年美国麦克阿瑟天才奖得主，宾夕法尼亚大学Skirkanich讲座教授Danielle Bassett专门为此研究撰写了题为“The flexible brain”的评论，该评论认为“这项工作是我们在理解大脑网络动态变化道路上的一块重要基石 （an important stepping-stone）”。“传统智商测试因无法准确反映一个人的真实智力而受到诸多质疑。随着脑成像技术，特别是近年来功能核磁共振技术的发展，为我们定量化人类的大脑，并在此基础上充分洞悉人类智力提供了重大契机。我们的研究工作最初是从理解精神疾病如精神分裂症、抑郁症等疾病的大脑动态变化机制和疾病诊断出发，但却意外的通过这一工作，在解析人类智力上有惊人的发现，相信这将对目前如火如荼的人工智能技术发展带来更大的推动。”近年来，冯建峰教授与其带领的复旦大学团队和英国华威大学团队，一直致力于利用来自世界各地的数以千计被试者的大脑静息态磁共振数据，定量刻化人脑的动态变化，识别人脑不同区域之间动态相互作用的机制以及其在精神疾病中的改变。这项研究发现，人脑中与学习、记忆紧密关联的脑区表现出高度的“可变性”。这意味着这些区域同大脑其他部分之间的连接模式变动更加频繁，可发生在短短几分钟甚至数秒之间。另一方面，人脑中与智力相关性小的区域，包括视觉区、听觉区和感觉运动区，皆表现出了低“可变性”和低“适应性”。一个人的大脑“可变性”越强或越灵活，个体的智力以及其创造力也就越高。目前，人工智能系统并不具备“可变性”和“适应性”。而这两种人类独特的智能特性，已被该研究证实对于人类大脑的学习能力至关重要的。大脑网络动态图谱的绘制，未来可被应用于构造更先进的人工神经网络，使计算机具备学习、成长和自适应的能力。这一研究成果还在脑重大疾病的诊疗上带来重大发现，在精神分裂症患者、自闭症患者以及多动症患者的大脑默认网络中，都可以观察到“可变性”的状态变异。这也意味着，大多数精神疾病的根源来自于大脑可变性或可塑性方面的改变，这一认识可使科学家们能够更有效的治疗甚至是预防精神疾病的发生。据悉，冯建峰教授是上海国家数学中心的首席科学家，2015年受聘为复旦大学新成立的类脑智能科学与技术研究院首任院长。该研究院成立一年多以来，致力于开展脑科学与人工智能交叉前沿研究，在智能算法的发展及其对脑疾病的精准诊断上取得了多项重大突破，其中包括：利用多达数千例的脑疾病数据，开发了大数据驱动的全脑关联性分析方法（BWAS）的统计学方法，利用这一方法可实现在全脑数10亿的功能联接中寻找出病根：发现了精神分裂症病人中以丘脑为中心的脑功能异变网络（2015年Nature子刊Nature Partner Journal Schizophrenia），发现了自闭症儿童与人脸识别、社交相关的神经功能环路的显着变化（2015年Brain）；研究发现了抑郁症病人大脑中憎恨环路的减弱和消失（2013年Nature子刊Molecular Psychiatry）；同时，团队还发现了与纹状体相关的奖励预期行为受到VPS4A和RAC1基因的调控（2015、2016年PNAS）等，揭示了精神分裂症的脑结构具有“自愈”功能（2016 Psychological Medicine）。这些突破性成果被CNN、福布斯等媒体给予集中报道，被誉为“在脑疾病的寻根和靶向治疗上找到了前所未有的新途径”。目前，研究院正在积极开展国际脑科学研究合作计划。2016年7月，在瑞士召开的人类脑图谱年会美、中、英、法、德等六国闭门会议上，冯建峰教授发起了国际脑科学研究数据字典合作计划，建立了重大脑疾病多尺度数据（遗传、神经、影像、行为和环境等）标准化采集规范，与世界最大的多尺度数据库ADNI， IMAGEN， IMAGEMEND， BIOBANK开展数据共享。“我们正在利用全维度、多中心的生物大数据，发展一系列新型智能算法，期望在脑重大疾病寻根和大脑的定量化研究中，取得更大的突破。”

入选的2023年国际十大科技新闻分别是：活体组织中“长出”电极雄性小鼠产生功能性卵细胞双缝实验在时间维度重建国际团队公布引力波背景辐射划时代发现单原子X射线信号首次探到人类Y染色体组装与分析完成神经网络设计出全新蛋白质中国国家太空实验室正式运行迄今最全人脑细胞图谱发布大型语言模型不断迭代升级01活体组织中“长出”电极生物体和技术之间的物理界限正在变得模糊。瑞典研究人员通过注入以酶作为“组装分子”的凝胶，再利用人体分子作为触发器，首次成功地在活体组织中培育出电极。今年2月发表在《科学》杂志上的这项成果，为在生物体中形成完全集成的电子电路铺平了道路。活体组织中培育电极在微制造电路上测试的可注射凝胶。图片来源：托尔巴克希德/《科学》瑞典林雪平大学、隆德大学和哥德堡大学研究团队将神经组织与电子设备连接了起来。通常来说，刚性电子设备和软组织之间的不匹配，可能会损害脆弱的生命系统。但该团队使用可注射凝胶直接在体内制造出软电极。注射到活体组织后，凝胶中的酶分解体内的内源代谢物，从而引发凝胶中有机单体的酶聚合，将其转化为稳定、柔软的导电电极。研究人员通过将凝胶注射到斑马鱼和药用水蛭中，验证了这一过程。凝胶在两种生物体中聚合并在组织内“生长”出了电极。这种直接在活体组织内创建电子电路的方法，提供了通过神经系统电信号或调节神经回路就能治疗疾病的途径。02雄性小鼠产生功能性卵细胞这是一项能启发或推动未来生育力的研究。《自然》杂志3月发表的论文报告了一项干细胞研究重磅成果：将雄性小鼠干细胞转化为雌性细胞并产生功能性卵细胞。这些卵细胞在受精后得到的胚胎中，约有1%能产生健康的后代。卵细胞资料图。图片来源：视觉中国雄配子和雌配子——分别为精子和卵母细胞（卵子），由名为原生殖细胞的一类干细胞产生。这些干细胞分化成配子，需要性染色体发挥正常功能。此前有研究探索过改变原生殖细胞性别的可能性，结果发现配子的产生或是减少，只能产生生育力很低的细胞。但这一次，日本九州大学林克彦团队报告了利用多能干细胞有可能产生更健全的卵细胞。团队使用了成熟雄性小鼠尾巴的皮肤细胞（携带XY染色体），并把这些细胞转化成诱导多能干细胞。他们将这些干细胞进行体外培养，这个过程会产生一部分罕见缺失Y染色体的细胞（约占6%的培养细胞），即XO细胞。这些XO细胞在培养基中的继续发育能诱导X染色体的复制。使用干扰细胞分裂的逆转素药物处理细胞，能提高X染色体的复制效率。最后得到的双X染色体的细胞被诱导分化为原生殖细胞样细胞，再分化成卵细胞，这些卵细胞经过受精并植入一个小鼠的子宫后，产生了可存活的后代。尽管仍需更严格地评估将雄性细胞变成雌性细胞对于基因组稳定性的影响，但这一重磅成果对于未来的研究和应用十分重要。03双缝实验在时间维度重建 英国科学家托马斯杨在19世纪对光波干涉的观察是物理学史上最具标志性的实验之一，对量子物理学产生了深远影响。现在，它有了新进展。今年4月，英国科学家借助一种能在飞秒（千万亿分之一秒）内改变特性的“超材料”，在时间而非空间维度重现了著名的双缝实验。最新实验揭示了更多光的基本性质，也为创造出能在空间和时间尺度上精细控制光的终极材料奠定了基础。原始双缝实验艺术图。图片来源：英国《自然》杂志网站这一实验原本涉及光通过空间中的一对“狭缝”的衍射，但新研究表明，使用双缝在时间上实现等效效果是可能的。伦敦帝国理工学院研究团队在实验中用到了氧化铟锡薄膜，在飞秒这样超快的时间尺度上，这种材料的反射率会被激光改变，为光创造出“狭缝”。研究人员通过快速连续两次打开和关闭半导体镜的反射率并沿着从镜反射的光的频谱记录干涉条纹，实现了这一目标。他们的实验发现，干扰发生在不同频率的波之间，而不是不同的空间位置之间。这项成果未来或有多种应用，例如用于信号处理和通信或光计算的光开关。04国际团队公布引力波背景辐射划时代发现如果将引力波背景比喻成古老而神秘的歌声，那么“合唱团”每天都在以不同的频率演出。现在，通过对脉冲星的监测，科学家终于听到了歌声，换句话说，拿到了引力波背景的第一个证据。经过15年的数据收集，今年6月，科学家们第一次“聆听”到了在宇宙中荡漾着的引力波永恒合唱，声音比预期要大得多。这是针对引力波背景的划时代重大发现。一对超大质量黑洞（左上）发射出引力波，在时空结构中荡漾（艺术想象图）。图片来源：北美纳赫兹引力波天文台引力波背景辐射是由许多不同的引力波源叠加而成的，它们的频率和强度都不相同，但都很低，它们应该存在于我们周围，并可能会告诉我们它恒久隐藏着的重要信息。但遗憾的是，关于其存在和组成，一直只是理论化的产物。6月发表在《天体物理学杂志快报》上的一系列新论文中，科学家报告了他们的成果。此次探测到的引力波背景最可能的来源是陷入“死亡螺旋”的一对超大质量黑洞。这些黑洞庞大到能达到数十亿个太阳质量。由于几乎所有星系，包括银河系中心都盘踞着这样一个黑洞怪物。因此当两个星系合并时，它们的超大质量黑洞会相遇并开始相互绕转。一旦两个黑洞足够接近，就有可能被脉冲星计时阵列观测到。北美纳赫兹引力波天文台团队表示，目前他们还只能测量整体引力波背景，而不能测量单个“歌手”或“乐器”的辐射。即便如此，也足以令整个天文物理学界惊喜，因为“引力波背景的声音大约是预期的两倍”。美国耶鲁大学助理教授明加雷利称，这是人们能从超大质量黑洞中创建的模型的上限。05单原子X射线信号首次探到 让材料检测方式发生历史性突破，并不是仅仅依靠设备升级就可以，科学家们需要从原子水平进行革新。6月，来自美国俄亥俄大学、阿贡国家实验室、伊利诺伊大学芝加哥分校等的科学家，首次拍摄到了单原子X射线信号，这一突破性的成就有望彻底改变人们检测材料的方法。单原子X射线首次探到的实验示意图。图片来源：物理学家组织网因为单个原子产生的X射线信号极其微弱，传统探测器的灵敏度不足以检测到它。为解决这个问题，该团队在传统的X射线探测器上添加了一个锋利的金属尖端，该探测器放置在待研究样品上方仅1纳米处。当锐利的尖端在样品表面移动时，电子穿过尖端和样品之间的空间产生电流，这本质上检测到每个元素独特的“指纹”，从而使该研究人员将扫描隧道显微镜的超高空间分辨率与强X射线照明提供的化学灵敏度结合了起来。06人类Y染色体组装与分析完成这是第一个真正完整的人类Y染色体序列，也是最后一个被完全测序的人类染色体。《自然》杂志8月发表的两篇论文公布了人类Y染色体的组装和分析。这项全球100多名科学家参与的研究，填补了当前Y染色体参考的诸多空白，带来了对不同人群演化和变异的见解。Y染色体是人类24条染色体中最后一个完成测序的。图片来源：美国国家人类基因组研究所(NHGRI)人类Y染色体由于结构复杂一直很难测序和组装。超过一半的Y染色体在当前的人类参考基因组组装中缺失，导致人们对Y染色体的认识很不全面，限制了对其组成、复杂性以及在不同人群间差异的理解。作为“端粒到端粒”联盟的一部分，由美国国家人类基因组研究所领导、包括约翰斯霍普金斯大学、加州大学圣克鲁斯分校等多家机构的科学家，此次报道了完整的人类Y染色体的62460029个碱基对序列。这次的组装纠正了当前人类参考基因组组装中关于Y染色体的多个错误，同时还向参考基因组中添加了逾3000万个碱基对，揭示了多个基因家族的完整结构，并确认了41个新的蛋白质编码基因。在另一篇论文中，联合团队组装了代表世界21个不同人群的43名男性的人类Y染色体。这些组装结果更详细阐释了Y染色体在18.3万年的人类演化历史中的遗传差异。研究人员将此次的新见解整合到灵长类动物的研究中，以更深入地挖掘Y染色体的进化，并分析可能影响癌症和其他多种疾病的临床相关基因，进而助力个性化医疗。07神经网络设计出全新蛋白质蛋白质一直难以建模，尤其是人们想要“反向操作”——将所需的功能转化为蛋白质结构，更是一个高难度挑战。设计蛋白质生物材料的可视化示例。图片来源：马库斯比勒/《应用物理学杂志》美国麻省理工学院团队8月宣布将注意力神经网络与图神经网络相结合，以更好地理解和设计蛋白质。该方法将几何深度学习与语言模型的两种优势结合起来，不仅可预测现有蛋白质特性，还可设想自然界尚未设计出的新蛋白质。此次新模型通过对基本原理建模，将大自然发明的一切作为基础，重新组合了这些自然构建块。团队在训练模型时，根据不同蛋白质的功能来预测它们的序列、溶解度和氨基酸组成部分。然后，在收到新蛋白质功能的初始参数后，模型发挥出创造力并生成了全新的结构。无独有偶，“深度思维”公司也在今年公布了新一代“阿尔法折叠”，其不仅准确性显著提高，预测范围还从蛋白质扩展到其他生物分子，包括配体。该模型已可预测蛋白质数据库（PDB）中的几乎所有分子，精度则可达到原子级。08中国国家太空实验室正式运行今年是中国首次载人飞行任务成功20周年。8月18日，中国载人航天工程办公室传来喜讯：中国国家太空实验室正式运行，空间应用正有序展开、成果频现。第十四届中国航展上拍摄的中国空间站组合体展示舱的问天实验舱。新华社记者 刘大伟 摄中国载人航天工程新闻发言人、中国载人航天工程办公室副主任林西强说，当前空间站科学实验设施基本完成在轨测试，在轨运行稳定可靠，具备了大规模开展空间科学研究的能力。截至目前，空间站已开展了60余个实验项目、上万次在轨实验，获得了近60TB原始实验数据，下行了300余个科学实验样品。作为中国航天史上规模最大、长期有人照料的空间实验平台，运行后的国家太空实验室将利用太空中的环境优势展开科研，其中多数在地球上都无法模拟。而问天实验舱、梦天实验舱、天和核心舱部署的多个实验柜将开展上千项科学实验，探索宇宙中的奥秘，并将孵化的科技成果，转化为实实在在的应用，惠及地球上普通人的生活。09迄今最全人脑细胞图谱发布生物医学发展至今，我们要凭借什么才能对人类这一物种身份有新的认识？答案之一就是脑科学。图片来源：《科学》杂志10月份同时刊发在美国《科学》《科学进展》和《科学转化医学》杂志上的21篇论文，公布并阐释了迄今最全的人类大脑细胞图谱。多国科学家参与的这一系列研究，揭示了3000多种脑细胞类型的特征，将有助于深入理解人类大脑的独特之处并推进脑部疾病和认知能力等研究。《自然》网站援引澳大利亚弗洛里神经科学与心理健康研究所专家安东尼汉南的话说，这一系列研究首次在单细胞水平上绘制了人类大脑图谱，显示其复杂的分子相互作用，为更好理解人脑奠定了基础。其中，荷兰乌得勒支大学医学中心神经科学家金伯莉西莱蒂团队对覆盖人类大脑106个位置的300多万个细胞进行了RNA（核糖核酸）测序，分析记录了461个脑细胞大类，包含3000多个亚型。研究显示，神经元作为大脑和神经系统发送和接收信号的细胞，在大脑不同部位具有很大差异，尤其连接大脑和脊髓的脑干区域含有特别多神经元类型，这种差异揭示了不同的功能和发育历史。这是从单细胞层面以前所未有的颗粒度解析了人脑的组织结构，包括成年人脑和胚胎期正在发育的人脑，识别和描绘出了人脑细胞类型的惊人多样性，为认识人类精神和神经疾病机制提供了线索。10大型语言模型不断迭代升级2023年是“生成式人工智能之年”。Gemini可处理文本、音频和视频。图片来源：谷歌公司今年，GPT-4的表现被认为“可与人类相媲美”。在聊天机器人ChatGPT发布约4个月后，ChatGPT背后的OpenAI宣布正式发布为ChatGPT提供支持的更强大的下一代技术GPT-4，其拥有图像识别功能、高级推理技能，以及处理25000个单词的能力，在某些测试中的表现不输于人类。而在12月6日，谷歌公司则宣布推出一种名为Gemini的新人工智能模型，并声称该模型在一系列智力测试中的表现优于GPT-4模型和“专家级”人类。谷歌声称，Gemini的中档Pro版本击败了其他一些模型，例如OpenAI的GPT3.5，但更强大的Ultra超过了所有现有AI模型的能力。它在行业标准MMLU基准上的得分为90%，而“专家级”的人类预计能达到89.8%。这是人工智能首次在测试中击败人类，也是现有模型中得分最高的。该测试涉及一系列棘手的问题，包括逻辑谬误、日常场景中的道德问题、医疗问题、经济和地理问题。在同一测试中，GPT-4的得分为87%，LLAMA-2的得分为68%，Claude 2的得分为78.5%。Gemini在其他9项常见基准测试中的8项中击败了所有这些模型。

近日，中国科学院深圳先进技术研究院（简称“深圳先进院”）成功研发国内首台高清晰磁共振兼容人脑PET功能成像仪器（命名为“SIAT bPET”），实现了我国在高端磁兼容脑PET成像仪器研发方面零的突破。“通常，PET成像仪器由于探测器的深度不确定效应，空间分辨率会随着偏离成像视野中心而变差，严重影响成像精度。”深圳先进院医工所劳特伯生物医学成像研究中心研究员杨永峰表示，他们团队研发了高三维分辨率双端读出探测器，使得该大口径成像系统达到14%的中心效率（350-750 keV能量窗），和整个成像视野好于1.4 mm的空间分辨率，两项性能指标都处于国际领先水平。 杨永峰介绍道，与国外商业磁兼容脑PET成像仪器相比，SIAT bPET的效率提高了近2倍（从7.2%到14%），平均体分辨率提高了30倍以上（从约64mm3到2mm3）。同时，SIAT bPET采用了创新的电子学和磁兼容设计，使得磁共振成像对PET成像的影响几乎可以忽略不计，PET成像对磁共振成像图像信噪比的影响小于5%，满足同时开展PET/MRI成像的尖端科研需求。 据了解，PET和MRI都是脑科学研究和脑疾病诊断的重要工具，PET的高灵敏度、高定量精度功能代谢成像和MRI的高空间分辨率、高软组织对比度解剖结构成像高度互补，PET和MRI还可以相互辅助，进一步提升各自的脑神经成像能力。PET分子成像通过测量大脑的血流、葡萄糖和氧的代谢、蛋白质的生成、药物的分布和神经递质的动力学等，探索不同脑区的功能，确定病变脑区的功能演变，对于脑疾病干预治疗策略和新药物探索具有重要意义。 “不过，目前市场上并没有高性能脑PET成像仪器。”杨永峰说，与美国脑计划项目正在资助研发的多个高性能脑PET成像仪器相比，SIAT bPET的空间分辨率和效率也处于先进水平。“高空间分辨率使得研究大脑的细微焦点脑功能区和小的核团成为可能，还可以通过降低部分容积效应来提高脑PET成像研究的定量精度；高效率除了通过提高脑PET图像的信噪来提高研究的定量精度，也为高精度研究神经递质活动和其他动态脑生化与功能活动奠定基础。” 2022年，团队成员邝忠华在国际核医学和分子影像年会与IEEE医学成像会议上口头报告了该研究成果，随即引起了广泛的国际关注。同时，该仪器也为开展基于PET功能成像的脑科学研究、老年性痴呆等疾病的早期定量诊断研究和新药开发提供了一台重要的新工具。 据悉，相关研究由基金委国家重大科研仪器研制、深圳市孔雀团队和中国科学院仪器研制团队等项目资助。深圳先进院研制的SIAT bPET探测器系统和脑成像仪器照片SIAT bPET获得的Derenzo模体图、人脑FDG代谢图和兔子NaF骨扫描图SIAT bPET和联影uMR790 3T磁共振成像系统上同时获得的人脑PET/MRI图像

近日，刊登在国际杂志Scientific Reports上的一篇研究论文中，来自诺丁汉大学的研究人员通过研究构建了一种新型微观细胞，其可以帮助开发治疗疾病的新型疗法，这种微观细胞可以被操作，并且可以利用高强度的红外线来进行3D模式的研究。文章中研究者发现如何利用全息光镊技术(Holographic Optical Tweezers)来控制微小的细胞，从而在3D显微镜下对其进行移动来使其按照研究者的意愿进行排列；Glen Kirkham教授说道，人类机体的基础就是由无数个细胞所构成，但问题是我们如何控制小世界内细胞的生存和生长，如果我们可以更好地理解细胞的工作机制并且检查出细胞出错的地方，那么或许就可以帮助开发出新型治疗疾病的疗法。在机体中干细胞存在于骨髓中，其可以为机体提供所需的血细胞，并且可以修复损伤，但其存在于名为干细胞生境的小世界中，在那里功能细胞存活、生长以及发挥功能，但研究者并不知道这个小世界具体发生着些什么，因为目前无法在实验室中对这种小环境进行重建。这项研究中，研究人员利用了一种新技术实现对了对这种细胞结构生境的重建，这样研究者就可以学习干细胞是如何被组织、彼此沟通以及完成多种细胞功能的。短期来讲，研究小组想利用这些微观细胞来检测新型药物及疗法的作用效果，将来他们将会深入去研究者中微观细胞来解释特定的细菌如何在一定水平下对其进行破坏，并且揭示其所涉及的分子机制。最后研究者Kirkham说道，在此前我们并没有开发出一种新型工具来研究细胞，此前研究者是利用物理控制方法来研究细胞；利用全息光镊技术研究人员就可以对大量细胞进行同时移动并且研究，而移动过程中产生的激光能量并不会损伤细胞的功能。研究者希望通过对细胞微环境的深入研究可以帮助开发出治疗疾病的新型靶向疗法。hz-E10182 中文名称：人内吗啡肽-2(EM-2)ELISA试剂盒 英文名称：Human endomorphin-2,EM-2 ELISAkit 规格：48T/96Thz-E10183 中文名称：人α-内吗啡肽(α-EP)ELISA试剂盒 英文名称：Human α-Endomorphin,α-EP ELISAkit 规格：48T/96Thz-E10184 中文名称：人抑制素(INH)ELISA试剂盒 英文名称：Human Inhibin,INH ELISAkit 规格：48T/96Thz-E10185 中文名称：人神经元凋亡抑制蛋白(NAIP)ELISA试剂盒 英文名称：Human neuronal apoptosis inhibitory protein,NAIP ELISAkit 规格：48T/96Thz-E10186 中文名称：人食欲素/阿立新B(OX-B)ELISA试剂盒 英文名称：Human Orexin B,OX-B ELISAkit 规格：48T/96Thz-E10187 中文名称：人促睡眠肽(DSIP)ELISA试剂盒 英文名称：Human delta sleep-inducing peptide,DSIP ELISAkit 规格：48T/96Thz-E10188 中文名称：人6-羟多巴胺(6-OHDA)ELISA试剂盒 英文名称：Human 6-hydroxydopamine,6-OHDA ELISAkit 规格：48T/96Thz-E10189 中文名称：人心纳素(ANF)ELISA试剂盒 英文名称：Human atrial natriuretic factor,ANF ELISAkit 规格：48T/96Thz-E10190 中文名称：人神经髓鞘蛋白(p2)ELISA试剂盒 英文名称：Human myelin protein 2,p2 ELISAkit 规格：48T/96Thz-E10191 中文名称：人精氨酸加压素(AVP)ELISA试剂盒 英文名称：Human arginine vasopressin,AVP ELISAkit 规格：48T/96Thz-E10192 中文名称：人垂体腺苷酸环化酶激活肽(PACAP)ELISA试剂盒 英文名称：Human pituitary adenylate cyclase activating polypeptide,PACAP ELISAkit 规格：48T/96Thz-E10193 中文名称：人微管相关蛋白2(MAP-2)ELISA试剂盒 英文名称：Human microtubule-associated protein 2,MAP-2 ELISAkit 规格：48T/96Thz-E10194 中文名称：人神经丝蛋白(NF)ELISA试剂盒 英文名称：Human neurofilament protein,NF ELISAkit 规格：48T/96Thz-E10195 中文名称：人利钾尿肽(KP)ELISA试剂盒 英文名称：Human kaliuretic peptide,KP ELISAkit 规格：48T/96Thz-E10196 中文名称：人神经降压素(NT)ELISA试剂盒 英文名称：Human Neurotensin,NT ELISAkit 规格：48T/96Thz-E10197 中文名称：人神经激肽B(NKB)ELISA试剂盒 英文名称：Human Neurokinins B,NKB ELISAkit 规格：48T/96Thz-E10198 中文名称：人强啡肽(Dyn)ELISA试剂盒 英文名称：Human dynorphin,Dyn ELISAkit 规格：48T/96Thz-E10199 中文名称：人脑啡肽(ENK)ELISA试剂盒 英文名称：Human enkephalin,ENK ELISAkit 规格：48T/96Thz-E10200 中文名称：人γ肽(Pγ)ELISA试剂盒 英文名称：Human Peptide γ,Pγ ELISAkit 规格：48T/96Thz-E10201 中文名称：人C型钠尿肽(CNP)ELISA试剂盒 英文名称：Human C -type natriuretic peptide,CNP ELISAkit 规格：48T/96Thz-E10202 中文名称：人阿立新A(Orexin A)ELISA试剂盒 英文名称：Human Orexin A ELISAkit 规格：48T/96Thz-E10203 中文名称：人神经肽Y(NP-Y)ELISA试剂盒 英文名称：Human neuropeptide Y,NP-Y ELISAkit 规格：48T/96Thz-E10204 中文名称：人脑肠肽(BGP/Gehrelin)ELISA试剂盒 英文名称：Human brain-gut peptides,BGP/Gehrelin ELISAkit 规格：48T/96Thz-E10205 中文名称：人乙酰胆碱(ACH)ELISA试剂盒 英文名称：Human acetylcholine,ACH ELISAkit 规格：48T/96Thz-E10206 中文名称：人脑钠素/脑钠尿肽(BNP)ELISA试剂盒 英文名称：Human brain natriuretic peptide,BNP ELISAkit 规格：48T/96T

俄罗斯 Russia研发第四款通用新冠疫苗 推进新冠药物临床试验俄罗斯研发出一种近乎通用的新冠疫苗Convasel，这是自新冠疫情以来俄研发的第四款疫苗。该疫苗是基于新冠病毒核衣壳蛋白（N蛋白）的重组亚单位疫苗，用于肌肉注射，由俄联邦生物医学署下属的彼得堡疫苗与血清研究所研制。该疫苗可启动不同的免疫防御机制，阻止新冠感染的发展，无论病毒表面蛋白如何突变，该疫苗总是具有很高的免疫原性和保护性，几乎是一种通用疫苗，可用于18—60岁的成年人。2022年9月，该疫苗已经开始用于全俄接种。图片来源：视觉中国2022年4月，由俄加马列亚流行病与微生物学国家研究中心研发的基于单克隆抗体的抗新冠病毒（包括抗奥密克戎的其他变异毒株）药物开始临床试验，该药物此前在临床试验前的动物身上的研究表明可提供100%的保护。二期临床试验结束后将在俄卫生部申请药物注册。俄新冠疫苗“卫星-V”被证明对HIV阳性人群有效，成为全球首款对接受抗逆转录病毒治疗的艾滋病病毒（HIV）阳性人群有效的新冠疫苗。俄科学院托木斯克国家研究医学中心药理学和再生医学研究所发现，氙气吸入可有效治疗新冠感染呼吸衰竭。日本 Japan首次对昆虫进行基因编辑 获得RNA分子进化经验证据在生物技术领域，日本京都大学研究人员开发出一种CRISPR-Cas9基因编辑方法，可对蟑螂进行基因编辑。山梨大学科学家开发了一种冻干体细胞的方法，可兼容整只动物的克隆。这一成果是遗传物质存储研究方面取得的新进展。东京理科大学开发了一种新改进的单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术，结合了遗传检测灵敏度、反应效率的稳健性和细胞组成的准确性等优点，使研究人员能够捕获重要的细胞信息。日本研究人员还开发出一种基于抗体的新方法，用于快速可靠地检测新冠病毒，且不需要血液样本。三重大学、东京大学及理化学研究所等组成的研究团队，成功开发出了对新冠病毒具有高防护效果的鼻喷疫苗。在生物化学及分子生物学领域，东京大学研究人员首次根据达尔文进化论创造出一种可复制、具有多样化和发展复杂性的RNA分子，这提供了首个经验证据，证明简单的生物分子可导致复杂且逼真系统的出现。该校团队还提出了一种塑造着丝粒分布的两步调节机制。研究表明，细胞核中的着丝粒结构在维持基因组完整性方面发挥着作用。东京大学、日本高能加速器研究机构（KEK）、中国武汉大学与德国波恩大学合作，首次见证了在真菌中不使用角鲨烯就形成三萜类化合物，发现在活有机体中实现由简单化合物到复杂化合物的生物合成，或为制药科学开辟新途径。在细胞生物学领域，日本理化学研究所综合医学科学中心科学家主导的国际合作研究发现，在人类每个细胞的基因组中，重复数百万次的特定基因组序列重组普遍存在于正常细胞和疾病状态的细胞中。确定这种曾被认为是“垃圾”的DNA序列的重组机制，对于了解人体细胞如何发育以及是什么导致它们“生病”至关重要。神户大学和广岛大学的科学家成功开发出一种生物标记物——药物代谢酶细胞色素P450，只需30毫升血清样本，就能快速、廉价地诊断是否患帕金森病，有助厘清导致该疾病的分子机制并催生帕金森病新疗法。英国 The UK致力研究“多功能”疫苗 开发光免疫疗法清除癌细胞剑桥大学科学家发现，以前感染普通冠状病毒不太可能对抗或加重新冠病毒感染。卡迪夫大学科学家首次详细说明了新冠病毒脂质包膜的分子组成，并指出它可能成为抗病毒药物的重要新靶点。谢菲尔德大学和美国斯坦福大学研究人员使用机器学习，确定了1000多个与新冠危重症状发展相关的基因，还识别出这些基因在其中起作用的特定类型的细胞。在疫苗研发领域，牛津大学研究人员开发出一种“多功能”的“马赛克-8”疫苗，可保护人们免受新冠病毒未来变种、严重急性呼吸综合征（SARS）、中东呼吸综合征（MERS）等冠状病毒新毒株的影响。“马赛克-8”疫苗。图片来源：加州理工学院、Wellcome Leap等网站在癌症研究领域，包括英国科学家在内的一个科研团队开发了一种光免疫疗法，可“点亮”并清除癌细胞。伦敦癌症研究院科学家发现，一种经过基因改造的疱疹病毒可“变身”癌症克星，而GREM1蛋白是调节胰腺癌细胞类型的关键。爱丁堡大学和格拉斯哥大学则借助基因数据和机器学习算法，预测人们未来罹患白血病的风险。伦敦大学学院开展的全球首例新型CRISPR疗法效果显著，实验性碱基编辑技术“治愈”了一名白血病女童。在人脑研究领域，剑桥大学等机构的科学家描述了覆盖人类整个生命周期的大脑发育标准参考图，未来可用于全年龄段的脑健康数字化评估和疾病诊断。弗朗西斯克里克研究所的科学家则开发了一种成像技术，可在亚细胞水平捕获脑组织结构和功能的信息，有助科学家构建出大脑中神经网络的完整图景。剑桥医学研究理事会科学家发现，人脑深层区域经常超过40℃，特别是白天时女性的大脑，这些发现可提高对脑损伤的认识、预后和治疗。在长寿研究领域，爱丁堡大学科学家发现了两种可影响人类寿命和健康的血液蛋白——载脂蛋白a（LPA）和血管细胞黏附分子1（VCAM1）。巴布拉汉研究所科学家开发出一种名为“成熟期瞬时重编程”的新方法，可逆转“衰老时钟”，让皮肤细胞“返老还童”30年。牛津大学研究发现，在荷兰发现的一种新艾滋病病毒（HIV）毒株——HIV-1亚型病毒（VB），与HIV-1原始毒株相比，其毒力更强，能使感染者以两倍的速度发展成艾滋病。此外，牛津大学科学家首次在实验室制造出由生物相容性材料制成的人工神经细胞，将来有望用于合成组织，以修复心脏或眼睛等器官。桑格研究所、瑞士苏黎世大学科学家及其合作者绘制了第一张组成人类免疫系统的连接网络的完整图谱，展示了人体内免疫细胞是如何连接和交流的。巴西 Brazil实施“巴西生物技术计划” 刺激多领域研发与创新2022年，巴西科技与创新部推进实施“巴西生物技术计划”，旨在促进本国在生物技术领域的进步，刺激新技术转让，同时推动该领域的国家研究、发展和创新政策。该计划通过动员、协调和资助行动，促进公共和私营部门在知识和技术的联合开发与转让方面开展合作，以期创造财富、提高就业和促进国家经济增长。主要目标是：使公共和私营部门及科学界普遍获得先进的生物技术基础设施；促进增强人力资源能力，改善巴西生物技术现状，克服限制该领域充分发展的瓶颈问题。具体内容包括：推动生物技术领域的研发和创新项目以及产品、工艺和服务的开发；充分发挥每个生物群落（包括亚马孙、卡廷加、塞拉多、大西洋雨林、潘塔纳尔、潘帕）、沿海和海洋地区的区域机会和潜力，促进生物技术的科学发展和产业发展；促进和保持专门的人力资源培训进程；加强和构建生物技术研究网络；加强创新环境建设；在巴西全境部署推广调度平台和生物资源中心；加强生物技术国际合作。法国 France新冠疫苗加强针获批 复活最古老史前病毒2022年11月，法国制药巨头赛诺菲与葛兰素史克联合研发的新冠疫苗加强针VidPrevtyn Beta被欧盟批准，可用于已经通过其他获批疫苗进行基础接种的人群。欧洲药品管理局（EMA）在其声明中表示，根据对参与者血液分析的研究得出结论是，在恢复对新冠病毒的防护方面，加强针至少与辉瑞的第一代疫苗一样有效。赛诺菲在2021年9月宣布放弃mRNA候选新冠疫苗研发，转而与葛兰素史克合作研发重组蛋白新冠疫苗（含佐剂），赛诺菲负责开发疫苗，葛兰素史克负责提供一种可提高其功效的佐剂。赛诺菲2022年6月表示，其加强针将可能防止多个变种，包括奥密克戎的不同变种。11月，法国科学家复活了在西伯利亚永久冻土中冷冻了数万年的7种病毒，其中最年轻的病毒已经被冷冻27000年，最古老的病毒被冷冻约48500年，是迄今复活的最古老病毒。德国 Germany疫苗红利激励生物医药发展 高精成像用于癌症手术2022年，欧洲药品管理局（EMA）先后批准了德国生物新技术/辉瑞和莫德纳公司针对奥米克戎变种BA.1、BA.4和BA.5的改良疫苗。新冠病毒研究方面，汉堡大学发布了高度精准的新冠病毒模型，约25个刺突漂浮在病毒包膜中。萨尔大学研究发现，针对抑制炎症分子而形成的特殊自身抗体是新冠mRNA疫苗诱发心肌炎的原因。乌尔姆大学通过化学方法优化聚苯乙烯磺酸聚合物，有望开发预防新冠病毒感染的广谱药物。癌症研究方面，德累斯顿大学开发出用于癌症手术的高精度成像方法，借助短波红外光、荧光染料和先进的相机，未来有可能在手术期间识别肿瘤边缘的单个癌细胞。德国癌症研究中心发现，线粒体RNA中的某些化学标记会增加线粒体中的蛋白质合成，从而促进癌细胞的侵袭性扩散；一种癌细胞信使导致了手术切除原始癌症病灶后会出现危及生命的转移；蛋白质GFAP有可能作为阿尔茨海默症的一种潜在的早期生物标志物。脑研究方面，欧洲人脑计划团队开发的多层次于利希人脑图谱可将大脑网络与其基础解剖结构相关联，帮助研究精神疾病和衰老障碍。图宾根大学和波恩大学研究发现，大脑中的神经元会在某些数学运算中受到特别激发，一些神经元仅在加法期间活跃，而其他神经元在减法期间活跃。马克斯普朗克研究所发现，从视网膜深入到大脑的特殊神经通路使斑马鱼能够识别和接近同伴鱼；人类抑制性中间神经元网络比此前已知的要多；果蝇神经细胞的生物物理基础，为单个神经细胞的计算能力提供了新见解。欧洲人脑计划团队开发多层次于利希人脑图谱。图片来源：《科学》以色列 Israel新冠药物效果积极 四针疫苗获证安全2022年，尽管以色列对新冠疫情采取了较为开放的态度，但作为生物医学技术强国，以色列仍然在新冠药物、检测和疗法研究上取得较多成果。3月，以色列Ziv医疗中心开始向所有新冠中度和重症患者提供Amorphical公司研制的本土新冠药物AMOR-18，其在临床试验中展示出了明确且积极的效果。5月，以色列Virusight诊疗公司宣布，其基于人工智能和光谱检测技术的新冠检测设备可在20秒内检测出唾液样本中的新冠抗原和病毒颗粒。在意大利针对550样本的检测实验显示，其总体灵敏度高达92.7%。7月，特拉维夫大学发表论文称，使用先进的高压氧疗法可有效改善长期新冠症状，特别是无法集中注意力、脑雾、健忘等认知问题。11月，特拉维夫大学和健康服务组织“马卡比”的研究团队发表论文称，通过跟踪近1.8万名第四针新冠疫苗接种者的健康情况，结果显示接种第四针疫苗与25种不良反应没有关联，接种第四针疫苗后的反应与第三针疫苗相比没有显著差异。美国 The US加强新冠相关研究 生物医学技术进展不小在新冠病毒研究方面，美国研究人员发现新冠药物研发新靶点Nsp13蛋白。另有团队发现ACE2受体蛋白“纳米气泡”可防治新冠。得克萨斯大学西南医学中心团队确定新冠病毒构建RNA“帽子结构”的机制，这对病毒的成功复制至关重要。在新冠感染诊断方面，约翰斯霍普金斯大学开发出一种新冠病毒传感器，可同时提高检测准确性和速度；研究人员还发现，花椰菜和其他十字花科植物有望成为对付新冠病毒的有效武器；美科学家还发现，新冠嗅觉丧失症由炎症而非病毒本身所致；研究人员还利用CRISPR技术，成功预防并治疗了实验鼠的新冠感染，这是首次借助该技术来治疗新冠感染。在艾滋病研究方面，科学家通过一种脐带血移植的突破性疗法治愈了一名艾滋病病毒（HIV）女性感染者。威斯塔研究所研究人员首次证明，一种独特的类天然三聚体能在小鼠体内形成Tier-2中和抗体，为开发艾滋病疫苗带来了希望。2022年7月，全球出现第四位被宣布“治愈”的艾滋病患者。在癌症研究方面，莱斯大学科学家使用针头大小的可植入“药物工厂”持续提供高剂量白细胞介素-2，在6天内根除了小鼠体内的晚期卵巢癌和结直肠癌。科学家还开发出一种可根据CT扫描图像预测癌症的AI工具，能提前几年预测哪些人会罹患胰腺癌，准确率约为86%。纽约纪念斯隆凯特琳癌症中心进行的一项小型临床试验发现，14名接受实验性免疫治疗的直肠癌患者全部康复，这是癌症治疗史上首次取得这样的成果。在再生医学领域，哈佛大学与埃默里大学研究人员利用人类干细胞来源的心肌细胞制造出一种完全自主的“人造鱼”。阿拉巴马大学伯明翰分校医学院研究人员成功将转基因猪的两个肾脏移植到了脑死亡的人体内，这意味着有望增加可移植器官的数量。一名来自墨西哥的20岁女性成为世界第一个通过3D打印技术成功进行耳朵移植的人，标志着再生医学领域的重大进展。自主游泳的人造鱼示意图。图片来源：哈佛大学与埃默里大学研究团队此外，美国科学家首次在不使用精子或卵子的情况下创造了合成小鼠胚胎，使其在子宫外生长。这些胚胎在一个特别设计的生物反应器中发育，完全来自培养皿中培养的干细胞。这项实验标志着人类首次在子宫外培育出完全合成的小鼠胚胎。

2014是充满惊喜的一年。在这一年中，以谷歌、百度、IBM、微软等为主的国内外著名科技公司通过不断地研发创意新品来进行智能化探索，这些创新领先的技术及产品让人们一次次打开脑洞、直面未知、憧憬无限。它们是否真的找到了那扇最终通向未来世界的大门?我们不得而知，但我们心里清楚，在一座已知与未知的天平上，享受着改变世界的狂喜，也忍受了不被读懂的孤独，这或许就是科技的魅力所在。 　　谷歌：一副可以监测血糖的隐形眼镜 　　谷歌这一年屡次传出正在酝酿的奇思妙想似乎都能让听者为之一振，从无人驾驶汽车、到超级巨型显示屏，再到智能汤勺，甚至是可以在血液中&ldquo 搜索&rdquo 癌细胞的新药品，这些都让众人欣喜若狂。 　　今年年初，谷歌推出了一款具备血糖监测功能的隐形眼镜，让不少人的眼前为之一亮。这幅眼镜可以通过分析眼泪成分，检测出人体内的血糖浓度，从而指导糖尿病患者调整胰岛素的注射量，让他们摆脱对血糖仪的依赖。 　　这款外观和普通隐形眼镜十分相似的产品，在镜片上实则布满了成千上万个微型晶体管，而镜片外延则被细如毛发的触角所环绕。谷歌团队为这款设备量身订做了一款无线芯片，并使用先进的工程技术使其能够与电路和传感器在微小的空间中&ldquo 协作&rdquo 。此外，研究人员还专门为这款设备打造了一套全新充电系统，让&ldquo 眼镜&rdquo 可以依靠无线电频来获取能量。 　　令人遗憾的是，这款炫酷多用的眼镜目前还只是设计模型，至少需要5年时间才能与消费者真正见面。 　　IBM：一块模仿人类大脑的芯片 　　如何让机器像人一样思考、行事，一直都是人工智能科学家们的终极努力目标。今年8月，IBM宣布开发出一款仿人脑微芯片TrueNorth，可在进行计算时模仿人脑结构和信息处理方式，这一技术或将在计算机行业掀起一场革命。 　　据了解，TrueNorth包含54亿个晶体管，比传统PC处理器的四倍还多。根据人脑神经系统中神经元和神经突触的结构，相当于100万个神经元和2.56亿个突触，具有4096个相互连接的处理核。与传统芯片总是在运行不同，TrueNorth只在需要时运行，使所消耗能量和运行环境温度大为降低。它运行期间功率仅为70毫瓦，其运算能力可折合为每瓦功率下每秒460亿次。 　　TrueNorth有可能会激发一些类似人脑功能的应用创新，虽然这类应用还受制于计算机硬件性能，但TrueNorth可能给括云服务、智能手机、机器人、物联网、超级计算机等在内的多个领域带来革命。而且，据美国媒体报道，这个项目属于IBM一个更大的研究计划，受到美国国防部高级研究项目局资助，旨在模拟生物神经系统开发高性能低能耗的芯片，用于军用无人机和神经科学实验等领域。 　　微软：一台可以打印&ldquo 所有&rdquo 的打印机 　　早在去年十一月份，微软便发布了一款基于Windows8.1的3D打印免费应用软件&mdash &mdash 3D Builder。虽然这只是微软进入3D打印领域的一小步，但却象征着微软敲响了进入3D打印市场的前奏。而在今年的9月，3D Builder的更新版本&mdash &mdash 3D Builder App R5发布，据称，这次发布还使微软和3D打印巨头之一的3D Systems建立了合作关系。　　新的打印程序添加了云功能，用户不需要拥有打印机，只要轻松设计，点击Buy Print，将设计的3D模型发送给3D Systems公司的在线3D打印服务平台&mdash &mdash Cubify即可。Cubify还提供了很多可选的材料，包括不透明、磨砂的塑料、金属、混合塑料、全彩的&ldquo Colorstone&rdquo 、甚至陶瓷等。一旦用户下单购买，3D Systems会在两周左右将成品送到用户门口，让普通人也可以享受3D打印的便捷和乐趣。 　　英国初创：一个智能玻璃打造的&ldquo 光子空间&rdquo 　　英国初创企业有一项&ldquo 光子空间&rdquo 计划，致力于建造世界上第一个全部由智能玻璃打造的未来式住宅，通过让住户与外界进行最大程度的连同，从而彻底改变人类的生活方式。 　　据介绍，我们平日感受到的自然光对我们的能源水平、睡眠模式还有整体健康方面都有着巨大的好处，而&ldquo 光子空间&rdquo 的设计灵感便来源与此：外部由智能玻璃组成，其涂层可以部分阻挡红外线、完全阻挡紫外线，避免过多的暴露对人类的伤害。这种玻璃在智能手机应用的控制下，只需1秒钟便可完成在透明和不透明状态之间的切换。它的亮度也是可以调节的。 　　据悉，&ldquo 光子空间&rdquo 只需四周时间即可建造完成，可成为酒店、水疗中心、健康疗养所、医疗中心以及其他度假村的理想附属建筑，目前&ldquo 光子空间&rdquo 的筹资活动正在众筹平台Crowdcube上进行。 　　后记： 　　科技不仅在改变着我们现在的生活，更是在改写着人类的未来轨迹。我们应该庆幸在这个世界上有一大批脑洞大开的科学家和工程师们，他们的努力让未来的每一天都充满了可能性。新的一年，还将发生怎样的精彩?值得期待!

1、单细胞DNA测序 　　随着微流控技术、罕见细胞分离技术以及对单基因组破译能力的提高，单细胞DNA测序研究于去年悄然崛起，并有望于2013年获得重大突破。更令人兴奋的是，通过对单个完整细胞的研究，可对细胞特别是脑细胞是如何工作的获得更多了解。未来一年中，单细胞测序的应用前景广阔，例如可更多地揭示肿瘤内癌细胞的差异，以及每个细胞内有多少基因副本等。在开发癌症诊断和产前检查等应用技术方面也有望取得持续进展。 　　2、普朗克绘制宇宙微波背景图 　　欧洲航天局的普朗克卫星将绘制迄今最为精确的宇宙微波背景辐射(CMB)图。CMB是宇宙大爆炸之后的“余辉”，它支持了宇宙诞生于一次大爆炸的理论。1992年对其温度微小变化的测量让人们了解到宇宙“暴涨”速度。2003年对这些变化的精确映射图帮助确定了宇宙的构成：5%为普通物质，22%为暗物质，73%为暗能量。普朗克将对标准宇宙学进行详细测试，以寻找相关的证据。 　　3、人脑连接组项目 　　2013年，人脑连接组项目将全面展开。这一由美国国立卫生研究院主持进行的385万美元的研究项目，将对1200名健康成年人进行大脑扫描，其中包括300对双胞胎，以调查大脑各区域连接的个体差异，以及这种差异对个体在认知和行为上的影响。其他几个研究项目则在细胞水平上研究神经连接活动。绘制人类大脑连接图将在多大程度上促进我们对大脑功能的理解，支持者和批评者各执己见。明年此时，我们将会获得更多这方面的研究数据。 　　4、钻入寒冷的冰下世界 　　南极冰下深处即将重见天日。去年2月，经过14年的钻探，俄罗斯科学家接近了东南极4公里冰层下的一个神秘的冰下湖。这里与地表其他地方已隔绝了数百万年，最近，研究小组重返那里，计划带回冰块样本，寻找独特生命的迹象。以美国为首和以英国为首的研究团队已分别启动了南极冰下水域的探险。美国队将前往南极冰盖与南冰洋会合的Whillans冰流，英国队将前往西南极洲冰原上的埃尔斯沃思湖。 　　5、肿瘤免疫治疗 　　最近开发的利用人体免疫系统来对抗癌症的药物已在一小部分肿瘤患者身上见效。研究人员预测，结合两种免疫疗法，可给予癌细胞更致命的一击。 　　6、植物研究 　　今年，随着农民种植抗旱作物，以及首批基于藻类的柴油植物上市，植物基础研究可望获丰硕回报。研究人员还希望通过确定分子和遗传物质的相互作用来调节植物生长。基因组学、植物和生态学的结合将有助于揭示自然变异如何决定植物适应气候变化。

每年一度的“Eppendorf & Science神经生物学奖” 是由顶级科学杂志《Science》与德国 Eppendorf 公司共同颁发，授予在神经生物学领域辛勤耕耘的青年科学家，以表彰他们的非凡贡献。所有奖项的获得者都是由《Science》杂志领衔的独立科学家所组成的委员会评出，年龄在 35 岁（含）以下的青年科学家都有机会申请。来自美国西奈山医院的 Gilad Evrony 博士以其在人脑单个细胞基因组测序和分析技术的成就赢得 2016 年 Eppendorf & Science 神经生物学奖。Evrony 博士的研究发现神经元基因组存在多种突变，表明人脑中的每个神经元携带有独特的体细胞突变指纹。这种突变可以导致局灶性脑畸形，并且可能在其他未破解的神经系统疾病中发挥一定作用。这种技术还首次在人脑中重建发育系谱树，从而可以研究细胞如何增殖并迁移以构建大脑。作为全世界最具权威的学术期刊之一，《Science》杂志吸引了全世界数以万计的科研专家。Eppendorf 全力支持青年科学家的发展，科研路漫漫，我们愿与您并肩同行。或许，您就是下一位获奖者！并将赢得：25,000 美元奖金获奖论文发表在《Science》杂志上得以全额资助参与美国神经科学协会年会和颁奖仪式获邀参观 Eppendorf 位于德国汉堡的总部申请截止日期为2017 年6 月15 日。进入在线申请 : http://corporate.eppendorf.com/de/unternehmen/wissenschaftliche-awards/global-award/ Eppendorf官方微博：http://weibo.com/eppendorfchinaEppendorf官方微信：eppendorfchina关于艾本德(Eppendorf)德国艾本德股份公司于 1945 年在德国汉堡成立，是一家全球领先的生物技术公司。产品包括移液器、分液器和离心机，以及微量离心管和移液吸头等耗材，此外还提供从事细胞显微操作的仪器和耗材、全自动移液系统、DNA扩增的全系列仪器。产品主要应用于科研、商业化的研发机构、生物技术公司以及其他从事相关生物研究的领域。2007 年Eppendorf 收购美国New Brunswick Scientific (NBS) 公司，2012 年收购德国 DASGIP 公司，拓展了其细胞培养领域的产品线。关于艾本德中国(Eppendorf China Ltd.)2003 年 Eppendorf 在中国成立代表处，随后注册了艾本德（上海）国际贸易有限公司和艾本德中国有限公司，分别在北京、广州设立分公司，启动直销的经营模式，为中国客户提供更便捷的技术售后服务。目前全国雇员数量200多名，产品销售覆盖各大中型城市，是 Eppendorf 全球发展最快的子公司。

美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家试图复制人脑无与伦比的计算能力，他们制造出了一种新的接口型忆阻设备。研究结果表明，该设备具有良好的可编程性和可靠性，可用作下一代神经形态计算的人造突触。相关论文发表于最新一期《先进智能系统》杂志。　　研究团队指出，与冯诺依曼架构的数字计算不同，受生物系统启发的神经形态计算能像大脑一样工作。人脑突触连接着1000亿个发送和接收化学信息的神经元，突触在同一位置存储和处理信息，这为人脑处理信息节省了时间和精力。而传统计算中，计算和存储是分开的。神经形态计算的优点包括低能耗、高并行性和出色的容错能力。毕竟，人脑的运行功率只有20瓦，但学习效率极高，这些优势使其非常适合学习、识别和决策等高级计算任务。　　现有神经形态计算依赖忆阻器等新兴设备。忆阻器与目前的电阻器不同，它旨在复制突触的结构和功能，同时具有编程和记忆能力。现有的忆阻器包括细丝系统，但这一系统容易过热，缺乏稳定性和可靠性。　　鉴于此，研究团队另辟蹊径，研究出了一种名为“接口型忆阻器”的新结构，这种新器件结构简单、可靠且性能极高。他们使用人工神经网络模拟来测试接口型忆阻器的计算性能，结果表明，该器件具有良好的一致性、可编程性和可靠性，识别准确率达到94.72%。　　此外，接口型忆阻器可以缩小到纳米尺寸，即使是目前的细丝忆阻器技术也无法实现这一点。尤其是与基于晶体管的神经形态芯片相比，新型接口型忆阻器所需的功率要少得多，而晶体管受摩尔定律限制，很难继续小型化。诸多优势使这些新型接口型忆阻设备可成为下一代神经形态计算的基本硬件。