研究背景与问题引入 蛋白质O-GlcNAc糖基化是一种重要的翻译后修饰，它在细胞代谢可塑性中起着关键作用。O-GlcNAc糖基化水平的异常变化已经在多种癌症中被观察到，包括子宫内膜癌（Endometrial Cancer, EC），这是一种常见的女性生殖系统恶性肿瘤。然而，临床特征描述和分子机制探究在子宫内膜癌中的O-GlcNAc糖基化失调尚未完全完成。 子宫内膜癌的发病率在过去二十年间增加了50%，成为发达国家女性最常见的生殖系统癌症之一。在中国，2022年约有77,700例新诊断的子宫内膜癌病例和13,500例估计的死亡病例。肥胖和代谢综合征相关条件如糖尿病是其风险因素。子宫内膜癌可以分为I型或II型肿瘤，也可以根据其组织病理学特征分类为子宫内膜样癌、浆液性癌、癌肉瘤或透明细胞癌。 近年...

人类手的运动控制——功能性物体操作与抓握动作的动力学差异 学术背景 人类的手部功能在日常生活中扮演着至关重要的角色，特别是通过手部的灵活性，我们能够使用工具完成各种复杂任务。然而，每年有数百万人因中风、截肢等疾病失去手部功能，这导致了对手部动作的深入研究。尽管过去的研究主要关注了手部在抓握和伸向物体时的协调运动（称为“协同运动”或“synergies”），但关于手部在复杂物体操作中的协同运动研究仍然较少。理解这些差异对于设计更先进的假肢和康复设备至关重要，因为这些设备的目标是恢复患者的功能性操作能力，而不仅仅是抓握能力。 这篇论文旨在探讨两个关键假设： 1. 操作动作所需的协同运动数量与抓握动作相同； 2. 操作动作的协同运动与抓握动作的协同运动性质不同。 通过研究人类在安装线束（wire ...

模块化脑机接口：神经记录、神经刺激与药物递送的创新突破 学术背景 脑机接口（Brain-Machine Interface, BMI）是神经科学与临床医学中的重要工具，能够实现大脑与外部世界之间的电荷、物质与信息交互，广泛应用于神经解码、神经系统疾病的诊断与治疗以及脑科学研究。随着神经科学的发展，多模态脑机接口（multimodal BMI）引起了广泛关注，这类接口能够同时支持神经记录、神经刺激和药物递送等多种功能。然而，现有的多模态脑机接口大多针对特定场景设计，具有高度集成的固定配置，难以适应不同实验需求。 针对这一问题，Sheng等人提出了一种模块化的多模态脑机接口，旨在通过灵活的模块化设计，使脑机接口能够根据不同实验需求调整配置、模态和功能。这种设计不仅提高了设备的适应性，还为需要多种...

实时呼吸监测用超低功耗二氧化碳传感器的研究 学术背景介绍 二氧化碳（CO₂）是人体呼吸过程中产生的重要气体，其浓度的实时监测对诊断和治疗呼吸系统疾病（如哮喘、呼吸困难、睡眠呼吸暂停）以及代谢性疾病至关重要。传统的CO₂监测方法，如动脉血气分析，具有侵入性，不适合长期连续监测。虽然非分散红外吸收（NDIR）传感器被广泛使用，但其体积大、功耗高，限制了其在便携式设备中的应用。 近年来，光化学传感器因其体积小、灵敏度高而成为非侵入性CO₂检测的潜在候选者。然而，光化学传感器的短寿命和染料光漂白问题制约了其在长期呼吸监测中的应用。为了解决这些问题，Kim等人开发了一种基于荧光pH指示剂的新型光化学CO₂传感器，其具有超低功耗和增强的稳定性，为实时呼吸监测提供了可能。 论文来源 本论文由韩国科学技术院...

通过气凝胶骨水泥及远程加热实现骨植入物-骨水泥界面微创修复 背景介绍 在全球范围内，下肢骨折是最常见的骨折类型，尤其是在老年人和骨质疏松患者中发生率更高。在骨科手术中，骨水泥（bone cement）被广泛用于固定植入物，以治疗长骨骨折。然而，植入物与骨水泥之间的界面在循环载荷下容易松动，导致植入物稳定性下降，甚至可能引发植入物失效，需要进行痛苦的翻修手术。现有的骨水泥和修复方法仍然面临一个严重的挑战：修复手术通常需要开放式手术，这不仅增加了患者的痛苦，还延长了恢复时间。为了解决这一问题，研究人员提出了一种基于气凝胶骨水泥和远程加热的微创修复方法，旨在通过远程加热修复植入物与骨水泥界面的裂纹，从而提高植入物的使用寿命、稳定性和患者的舒适度。 论文来源 该研究由来自美国Vanderbilt U...

深度学习增强的金属有机框架电子皮肤在健康监测中的应用 学术背景 电子皮肤（e-skin）是一种能够感知生理和环境刺激的技术，模拟人类皮肤的功能。近年来，电子皮肤在机器人、运动科学和医疗健康监测等领域的应用潜力逐渐显现。然而，当前的电子皮肤技术面临着一些挑战：首先是多功能的实现，即如何在一个设备中同时检测多种生理信号（如生物分子、运动信号等）；其次是信号的区分问题，尤其是在同时检测多种刺激时，如何准确区分并识别不同的信号。 传统的多功能电子皮肤通常需要整合多种传感材料，这不仅增加了制造的复杂性，还可能导致设备性能不稳定。此外，现有的电子皮肤在信号的信噪比、灵敏度和稳定性方面也存在不足。因此，开发一种高性能、多功能且易于制造的电子皮肤成为了研究的焦点。 金属有机框架（Metal-Organic ...

基于铸型微铸造3D打印的多材料仿生电子器件研究 学术背景 随着仿生电子技术的快速发展，模拟人类感知功能的电子皮肤（Electronic Skin, E-skin）和柔性传感器在机器人、医疗设备和人机交互等领域展现出广阔的应用前景。然而，现有的仿生电子器件在材料选择、结构复杂性和功能集成方面面临诸多挑战。特别是，如何在不破坏材料性能的前提下，实现多种高难度材料的自由组装和多功能集成，成为当前研究的瓶颈。 传统的制造方法，如电纺、光刻和转移印刷，往往难以同时满足材料多样性和复杂结构的需求。3D打印技术虽然为复杂结构的制造提供了可能，但在处理多种高难度材料时，仍然面临材料兼容性、结构分辨率不足等问题。为了解决这些问题，研究人员借鉴了古代失蜡铸造（Lost-wax Casting）的技术思路，提出了...

多模态学习揭示基因型-表型动态关系 背景介绍 基因型与表型之间的复杂关系一直是生物学领域的核心问题之一。基因型（genotype）指生物体的遗传信息，而表型（phenotype）则是这些遗传信息在特定环境下的表现。尽管早在1909年，Wilhelm Johannsen就提出了这两个术语，并试图量化它们之间的关系，但一个多世纪以来，我们仍然无法精确地描述基因型如何通过复杂的基因表达模式塑造表型。近年来，单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）等技术的发展使得我们能够在细胞分辨率下观察基因表达的复杂动态，然而这些技术仍然无法全面映射基因型组合如何导致表型的产生。 当前的研究方法，如正向遗传学（forward genetics）和反向遗传学（r...

单细胞分辨率下的基因空间映射：基因信号模式分析（GSPA）研究 学术背景 单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）技术近年来在生物学研究中取得了重大进展，尤其是在揭示细胞状态空间（cellular state space）的组织结构方面。然而，尽管已有许多计算方法用于映射细胞状态空间，但关于基因空间（gene space）的映射或嵌入（embedding）的研究却相对较少。基因表达是高度组织的，基因之间通过复杂的生物过程和通路协同工作。然而，由于生物和技术噪声（如基因丢失“dropout”现象），准确量化基因间的相似性仍然具有挑战性。为此，本文提出了一种基于图信号处理（graph signal processing, GSP）的新方法——...

细胞信号反应与运输的空间建模算法研究 背景介绍 生物细胞通过复杂的生化反应网络来实现其功能。这些反应网络具有显著的时空动态性，且在细胞的不同区域和亚细胞结构中存在显著的空间分异（spatial compartmentalization）。然而，传统的细胞信号传导模型通常将细胞视为一个均匀混合的体系，忽略了空间效应对反应和运输过程的影响。这种简化虽然在特定情况下有效，但在许多实际场景中会降低模型的预测能力。例如，信号分子的扩散速度较慢、细胞内环境拥挤、细胞结构的复杂性等都会导致空间效应的显著影响。因此，开发能够精确模拟细胞信号传导和运输过程的计算模型成为生物计算科学领域的重要挑战。 2025年1月发表在 Nature Computational Science 期刊上的一篇研究论文，提出了名为...