结直肠癌肿瘤微环境的多模态成像研究：揭示空间异质性 学术背景 结直肠癌（Colorectal Cancer, CRC）是全球癌症相关死亡的主要原因之一，其复杂性和异质性使得治疗和预后预测极具挑战性。肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME）在癌症的进展、转移和治疗反应中扮演着关键角色，尤其是细胞外基质（Extracellular Matrix, ECM）中的胶原蛋白（collagen）对肿瘤病理生理学的影响尤为显著。然而，传统的组织学、结肠镜检查和分子筛查等方法无法全面表征肿瘤组织的空间复杂性，如癌症蛋白质组、胶原蛋白结构和细胞核分布的相互作用。 为了更深入地理解结直肠癌的异质性，本研究提出了一种多模态成像策略，结合双光子激光扫描显微镜（Two-Photon Las...
快速3D成像在数字细胞病理学中的应用：多相机阵列扫描仪（MCAS） 学术背景 光学显微镜长期以来一直是细胞病理学诊断的标准方法。然而，传统的全片扫描仪虽然能够自动成像并数字化大面积的样本，但其速度慢、成本高，因此并未广泛普及。特别是在细胞学样本的临床诊断中，样本通常分布在大面积且较厚的区域，这要求进行3D成像。现有的全片扫描技术在处理厚样本时，往往需要数小时才能完成扫描，这极大地限制了其在临床中的应用。因此，开发一种能够快速、高效地对厚样本进行3D成像的技术成为了细胞病理学领域的一个重要挑战。 本文提出了一种新型的多相机阵列扫描仪（Multi-Camera Array Scanner, MCAS），旨在解决这一难题。MCAS通过并行化的显微镜设计，能够在极短的时间内对大面积、厚样本进行高分辨...
学术背景 三维（3D）高分辨率大体积成像一直是生物医学领域的一个重大挑战。传统的二维（2D）切片成像虽然能够提供组织和细胞的平面形态学信息，但无法全面展示内部的三维结构信息，这对于癌症诊断和胚胎发育研究至关重要。传统的3D组织学方法通常需要手动切割和染色数千张薄片，耗时且劳动密集。此外，还需要复杂的图像配准算法来恢复不同切片之间的空间信息。为了解决这些问题，近年来出现了多种自动化的3D光学成像技术，主要分为两类：一类是通过组织透明化技术减少光在生物组织中的传播问题，另一类则是通过块面连续切片断层扫描（BSST）技术扩展成像体积。 然而，现有的3D成像技术仍然存在一些局限性。例如，组织透明化技术需要在透明效果和时间之间取得平衡，以防止组织降解；而BSST系统虽然能够生成对齐的图像，但其整体复杂...
饮食锌对健康与恶性小鼠前列腺锌分泌的MRI成像影响 学术背景 锌（Zn²⁺）是生物体中不可或缺的微量元素，参与多种生理过程，包括酶的催化作用、转录因子的结构调控、免疫系统的调节以及细胞增殖、分化和存活等。前列腺是人体中锌含量最高的组织之一，而前列腺癌（Prostate Cancer, PCA）患者的锌水平显著下降。这一现象引发了研究者对锌在前列腺健康与疾病中作用的关注。近年来，锌响应性MRI探针GdL1的开发使得通过MRI成像检测锌分泌成为可能，尤其是在葡萄糖刺激下锌分泌（Glucose-Stimulated Zinc Secretion, GSZS）的研究中，GdL1能够区分健康与恶性前列腺组织。 然而，饮食中锌的摄入量存在较大差异，可能影响前列腺组织中锌的含量及其分泌能力。因此，本研究旨...
无铀KMnO₄/Pb染色在低真空扫描电镜中实现组织结构的成像 学术背景 电子显微镜（Electron Microscopy, EM）是研究细胞和组织超微结构的最强大工具之一。然而，传统的生物样本金属染色方法通常需要使用有害的铀化合物，这限制了电子显微镜的广泛应用。近年来，随着超分辨率荧光显微镜的发展，许多细胞生物学家转向免疫细胞化学技术，但荧光标记仍然是这些技术的基础。因此，电子显微镜观察仍然是不可或缺的方法，并且在不断发展的设备和方法中，电子显微镜在生物学中的应用也在不断扩展。 低真空扫描电子显微镜（Low-Vacuum Scanning Electron Microscopy, LVSEM）允许对非导电样本进行高分辨率成像，因为它可以通过残余气体分子中的正离子中和非导电材料上积累的负电荷...
石胆酸模拟热量限制的抗衰老效应 学术背景 热量限制（Caloric Restriction, CR）是一种通过减少食物摄入来促进健康和延长寿命的饮食干预手段。尽管CR已被证明能够延长多种生物的寿命，但其背后的具体代谢机制仍不明确。特别是，哪些代谢物在CR过程中发生变化，并直接导致了其生理益处，仍然是一个未解之谜。为了回答这一问题，研究者们通过代谢组学分析，筛选出在CR过程中发生显著变化的代谢物，并进一步验证其功能。 论文来源 该研究由来自厦门大学生命科学学院的Qi Qu、Yan Chen、Yu Wang等学者共同完成，并于2024年发表在《Nature》期刊上。研究团队通过代谢组学分析，发现石胆酸（Lithocholic Acid, LCA）是CR过程中显著上调的代谢物之一，并进一步验证了L...
空间转录组时钟揭示脑衰老中的细胞邻近效应 学术背景 随着年龄的增长，认知功能下降和神经退行性疾病的风险显著增加。脑衰老是一个复杂的过程，伴随着许多细胞层面的变化。然而，衰老细胞如何影响邻近细胞以及这种影响如何导致组织功能衰退，目前尚不清楚。此外，现有的工具尚未能系统地解决衰老组织中的这一问题。为此，研究人员开发了一种空间分辨的单细胞转录组图谱，结合机器学习模型，揭示了衰老、再生和疾病中的空间和细胞类型特异性转录组特征。 论文来源 这篇论文由Eric D. Sun、Olivia Y. Zhou、Max Hauptschein、Nimrod Rappoport、Lucy Xu、Paloma Navarro Negredo、Ling Liu、Thomas A. Rando、James Zou和An...
学术背景 RNA（核糖核酸）是生命体中至关重要的分子，参与了基因表达、调控和催化等多种生物过程。尽管人类基因组的大部分被转录为RNA，但RNA分子的结构研究仍然面临巨大挑战。RNA分子通常具有高度的构象异质性和灵活性，这是其功能的前提，但也限制了传统结构解析方法（如核磁共振（NMR）、X射线晶体学和冷冻电镜（cryo-EM））的应用。特别是对于大分子RNA，由于其构象多样性和缺乏大规模RNA结构数据库，现有的蛋白质结构预测方法（如AlphaFold）无法直接应用于RNA。因此，如何准确解析大分子RNA的三维结构，尤其是其构象异质性，成为RNA结构生物学中的一个重要难题。 论文来源 这篇论文由Maximilia F. S. Degenhardt、Hermann F. Degenhardt、Yu...
学术背景与问题提出 在癌症研究中，基因扩增（gene amplification）是一种常见的突变形式，尤其是在癌基因（oncogene）的激活中起着关键作用。然而，尽管基因扩增在癌症中的重要性已被广泛认可，但如何在原代细胞和模式生物中精确模拟这些扩增仍然是一个挑战。特别是，染色体外DNA（extrachromosomal DNA, ecDNA）介导的基因扩增在癌症中尤为常见，但其在肿瘤发生和进展中的具体作用尚未完全阐明。ecDNA是一类不依赖于染色体的环状DNA分子，通常携带多个癌基因拷贝，能够通过随机分离在细胞分裂中快速积累，从而促进肿瘤的异质性和进化。 为了深入理解ecDNA在肿瘤发生中的作用，研究人员需要一种能够在细胞和动物模型中精确诱导和追踪ecDNA形成的方法。然而，现有的技术手...
学术背景与问题提出 近年来，免疫检查点抑制剂（Immune Checkpoint Inhibitors, ICIs）在癌症治疗中取得了显著进展，尤其是抗PD-1和抗PD-L1抗体，已成为多种癌症的一线治疗标准。然而，尽管这些疗法在某些患者中表现出显著的临床活性，整体响应率仍然有限，许多患者最终会出现肿瘤进展或复发。研究表明，肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME）中的可溶性因子和细胞结合因子对癌症免疫反应产生了负面影响。其中，生长分化因子15（Growth Differentiation Factor 15, GDF-15）作为一种在许多癌症类型中大量产生的细胞因子，被发现能够干扰抗肿瘤免疫反应。GDF-15的阻断在临床前模型中显示出与抗PD-1治疗的协同作用，提...