基于纳米孔测序技术的血流感染病原体识别与抗生素耐药性预测研究 学术背景 血流感染（Bloodstream Infections, BSI）是一种严重的临床疾病，通常通过血培养阳性结果和全身性感染症状来诊断。血流感染可以由多种病原体引起，包括细菌、真菌和病毒，且其发病率在全球范围内呈上升趋势。随着抗生素的广泛使用，多重耐药（Multidrug-Resistant, MDR）微生物的出现使得血流感染的治疗变得更加复杂和具有挑战性。传统的病原体识别和抗生素敏感性测试（Antimicrobial Susceptibility Testing, AST）通常需要2-5天的时间，这在一定程度上延误了患者的治疗时机。 近年来，快速AST设备的出现（如Accelerate PhenoTest BC系统和Q-...

学术背景 原发性硬化性胆管炎（Primary Sclerosing Cholangitis, PSC）是一种慢性、进行性的肝脏疾病，主要由免疫、炎症和遗传因素共同作用导致，最终可能引发肝功能衰竭。PSC的发病率和患病率在全球范围内存在显著差异，发病率从西班牙的0.07例/10万人年到挪威的1.3例/10万人年不等，患病率则从西班牙的0.2例/10万人年到美国的13.6例/10万人年不等。大约70-80%的PSC患者同时患有炎症性肠病，这增加了胆管癌和结直肠癌的风险。PSC的临床表现和病程多样，诊断主要依赖于胆管影像学和肝脏组织病理学。尽管部分患者病程较为缓慢，但PSC的诊断对患者的长期健康有重大影响，中位无移植生存期为13.2年。随着影像技术的进步，磁共振成像（MR）等非侵入性诊断方法逐渐取...

自动化超微结构分析：基于大规模高光谱电子显微镜的研究 学术背景 电子显微镜（Electron Microscopy, EM）是研究生物超微结构的关键技术，能够在生物分子分辨率下揭示细胞的精细结构。近年来，随着自动化和数字化的发展，电子显微镜能够以纳米级分辨率捕获大面积的细胞和组织样本。然而，电子显微镜图像通常是灰度图像，且数据量庞大，分析过程往往依赖于繁琐的手动注释，这限制了其在大规模研究中的应用。为了解决这一问题，研究者们开始探索如何通过自动化手段提取生物分子组装体的信息，从而加速对生物超微结构的理解。 本文的研究背景在于，尽管电子显微镜在生物医学研究中具有重要地位，但其分析过程仍然面临挑战。特别是，如何从大规模的电子显微镜数据中自动提取生物分子信息，成为了一个亟待解决的问题。本文提出了一...

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...

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...

多组学分析揭示急性髓系白血病非洲裔患者的生存预测因子 背景与研究目的 急性髓系白血病（Acute Myeloid Leukemia, AML）是一种以髓系祖细胞克隆性扩增为特征的血液肿瘤，其发病机制深受基因组改变的影响。然而，针对不同种族群体的AML基因组研究仍显不足。尤其是，非洲裔患者仅占AML基因组研究样本的2%，这与非洲裔群体占患者总数的9%的比例显著不符。这种研究的不足不仅限制了精准医学的普及，也可能加剧治疗效果的差距。 此前研究表明，非洲裔AML患者的生存率较低，这一差异可能与结构性种族主义、社会经济因素以及基因组差异等多种因素相关。然而，现有AML分子风险分层系统主要基于欧洲裔患者的基因组数据，可能未能有效捕捉非洲裔患者的特异性基因特征。本研究的主要目标是通过多组学分析探索非洲裔...

优化营养干预对原发性线粒体疾病患者肌肉疲劳、力量和生活质量的改善效果研究 背景介绍 原发性线粒体疾病（Primary Mitochondrial Disease, PMD）是一组由线粒体DNA或核DNA突变引起的疾病群，影响全身多个系统的能量代谢。据统计，其发病率约为1/4300，临床表现主要包括肌肉无力、疲劳、运动耐受性差、胃肠道症状和失衡等。然而，至今美国食品药品监督管理局（FDA）尚未批准任何针对PMD的特定疗法。 线粒体是细胞能量的主要来源，其通过氧化磷酸化过程（Oxidative Phosphorylation, OXPHOS）生成三磷酸腺苷（ATP），而这个过程受限于营养物质（碳水化合物、蛋白质、脂肪）的供给和代谢状态。尽管已有研究表明营养干预可能通过抗氧化作用或改善线粒体电子传...

肠道微生物来源的吲哚-3-乙酸（3-IAA）通过促进I型胶原合成抑制高度近视的进展 背景介绍 高度近视（High Myopia, HM）是一种严重威胁全球视力健康的眼部疾病，可能导致青光眼、白内障和黄斑病变等并发症。然而，目前针对高度近视的有效干预措施仍然缺乏。以往研究多集中于眼球局部的病理变化，忽视了潜在的全身性因素。近年来，肠道微生物群及其与全身健康的关系受到广泛关注。特别是“肠-眼轴”（Gut-Eye Axis）的概念提出了肠道微生物可能在眼病发病机制中的重要作用。然而，肠道微生物在高度近视发病机制中的具体角色仍未明晰。 胶原蛋白，尤其是I型胶原，是巩膜基质的主要成分，对维持巩膜的结构完整性至关重要。在高度近视患者中，巩膜变薄伴随着I型胶原的减少，导致眼轴过度增长。已有研究显示，肠道微...