探索纤维光学Sagnac干涉仪在软组织弹性非接触性表征中的潜力 背景介绍 软组织的机械特性对现代医学和生物医学研究具有重要意义。深入了解软组织的机械特性有助于评估其结构完整性以及潜在的病理情况。然而，传统的组织机械特性评估技术通常需要直接接触组织，这可能引起患者的不适，尤其是在如眼科等敏感领域。此外，直接接触还可能导致组织污染或引入检测伪影，从而影响检测结果的准确性。因此，开发非接触式的软组织机械特性测量方法势在必行。 近年来，基于光学技术的非接触性技术如频域相干光学断层扫描（Fourier Domain Optical Coherence Tomography，简称FD-OCT）正在逐渐成为柔性组织力学波检测的研究热点。然而，FD-OCT方法存在检测频带局限性、数据后处理复杂以及数字噪声显...
低成本光学相干断层扫描（OCT）系统的下一代发展：提升视网膜成像的临床应用 学术背景 光学相干断层扫描（Optical Coherence Tomography, OCT）是一种非侵入性、高分辨率的成像技术，广泛应用于眼科领域，尤其是视网膜疾病的诊断。然而，现有的商用OCT系统价格昂贵（4万至15万美元），限制了其在资源匮乏地区的应用。为了扩大OCT技术的可及性，研究人员致力于开发低成本OCT系统，以在临床护理点（point-of-care）提供高质量的视网膜成像。本文介绍了一种下一代低成本OCT系统，通过改进硬件设计和图像处理算法，显著提升了成像性能，使其在临床应用中更具竞争力。 论文来源 本文由Duke大学生物医学工程系的Hillel B. Price、Ge Song、Wan Wang等...
超分辨成像揭示小鼠脑内神经形态动力学的新进展：头固定清醒动物的动态观察 背景介绍 神经科学研究领域中，神经元的形态变化及其功能动态是理解大脑信息处理和网络塑性的关键。然而，尽管神经元的树突棘（dendritic spines）、轴突末端（axonal boutons）和突触结构在动物学习和行为适应中发挥着重要作用，这些结构在活体中的动态观测依然是一个重大挑战。受限于传统显微成像方法的分辨率和拍摄速度，许多关于神经元微小结构的研究只能停留在固定组织或培养细胞层面，这限制了我们了解塑性变化如何与自然行为和生理状态相关联。 近年来，超分辨显微镜（super-resolution microscopy, SRM）的引入突破了传统光学成像的衍射极限，拉近了研究神经网络超微结构与活体动态行为之间的距离。...
单分子动态结构生物学：基于石墨烯的DNA-蛋白相互作用观测技术新突破 背景介绍 DNA与蛋白质之间复杂且精妙的相互作用在诸如DNA复制、转录与修复等基本生物学功能中起到了至关重要的作用。然而，这种交互过程的详细动态机制却往往难以观察，尤其是在分子尺度（纳米级甚至埃级）下的结构变化。传统结构生物学技术，如X射线晶体衍射、核磁共振（NMR）光谱以及电子显微镜，尽管具有高分辨率，但通常需要对样品进行固定或处理，难以在生理相关的条件下捕捉分子运动的动态行为。此外，单分子荧光共振能量转移（smFRET, single-molecule fluorescence resonance energy transfer）技术虽然为动态结构生物学提供了重要的工具，但其受限于只能测量配对的分子间距离，且在分辨率和...
克服单粒子冷冻电镜中的优选取向问题：深度学习的创新解法 背景介绍 近年来，单粒子冷冻电子显微镜（Single-Particle Cryo-EM）技术因其能够解析生物大分子在接近天然状态下的原子分辨率结构，已成为结构生物学领域的核心技术。然而，在实际应用中，研究者一直面临一个棘手的技术瓶颈，即“优选取向”（Preferred Orientation）问题。这一问题主要由于生物分子在冷冻电镜网格上分布不均，导致在某些方向上的数据采样不足。这种取向偏差通常是由样品制备过程中分子与空气-水界面（Air-Water Interface, AWI）或支撑膜-水界面的相互作用引起的。 优选取向问题在三维重构中显得尤为突出，因为它带来的各向异性（Anisotropy）会使三维结构受损，甚至失真，具体表现为二...
单分子光学镊子技术揭示小分子激活剂与PR65蛋白的结合机制 学术背景 蛋白质磷酸酶2A（PP2A）是一种关键的细胞信号调节酶，其功能失调与多种癌症和慢性疾病（如阿尔茨海默病和慢性阻塞性肺病）密切相关。因此，PP2A的重新激活被认为是治疗这些疾病的重要策略。近年来，小分子激活剂（SMAPs）被开发用于直接结合PP2A的支架亚基PR65，从而恢复其功能。然而，PR65与小分子激活剂之间的结合机制及其对蛋白质构象的影响尚不明确。为了解决这一问题，研究人员利用单分子光学镊子技术（NOTs）结合分子动力学模拟（MD），深入研究了小分子激活剂ATUX-8385与PR65的结合动力学及其对蛋白质构象的影响。 论文来源 本论文由Annie Yang-Schulz、Maria Zacharopoulou、Se...
解析人脑中的GABAA受体结构：一项突破性研究 学术背景 GABAA受体（γ-氨基丁酸A型受体）是大脑中最重要的抑制性神经递质受体之一，负责调控神经元的快速抑制性信号传递。这些受体不仅是治疗癫痫、焦虑、抑郁和失眠等疾病的关键药物靶点，还被广泛用于麻醉药物的作用机制研究。GABAA受体由19种不同的亚基组成，形成五聚体配体门控离子通道。尽管过去的研究通过重组表达和小鼠模型揭示了部分GABAA受体的结构和功能，但人类大脑中天然GABAA受体的亚基组成和三维结构仍然不明确。特别是，人类大脑中GABAA受体的亚基组合比啮齿类动物更为复杂，且其与辅助蛋白的相互作用尚未得到充分研究。 为了解决这一问题，研究人员从癫痫患者的手术切除脑组织中分离出含有α1亚基的GABAA受体，并利用冷冻电镜技术（cryo-...
振荡性经颅电刺激与光幻视感知的定量特征研究 背景介绍 光幻视（phosphene）是指在没有任何外部视觉刺激的情况下，人们感知到光点的现象。这种现象在视觉神经科学和意识研究中具有重要意义，因为它可以帮助我们理解大脑如何将神经活动与感知内容联系起来。过去的研究表明，通过直接电刺激视觉皮层或应用经颅磁刺激（TMS）可以诱导光幻视。近年来，经颅交流电刺激（transcranial alternating current stimulation, TACS）也被证明能够引发光幻视，但其背后的机制尚不明确。TACS涉及电场的节律性变化和极性的交替（兴奋与抑制相），这使得光幻视感知的精确机制难以厘清。 为了区分电场节律性变化和极性交替对光幻视感知的影响，本研究采用了振荡性经颅直流电刺激（oscillat...
外泌体作为肺癌精准诊断的生物标志物 学术背景 肺癌是全球癌症相关死亡的主要原因之一，尤其是非小细胞肺癌（NSCLC）和小细胞肺癌（SCLC）的早期诊断和精准治疗仍然面临巨大挑战。传统的组织活检虽然被认为是肺癌诊断的“金标准”，但其侵入性、耗时性和高成本限制了其在早期诊断中的应用。近年来，液体活检（liquid biopsy）作为一种非侵入性诊断方法，逐渐成为研究热点。液体活检通过分析血液等体液中的循环肿瘤细胞（CTCs）、循环肿瘤DNA（ctDNA）以及外泌体（extracellular vesicles, EVs）等生物标志物，为肺癌的早期诊断和精准治疗提供了新的可能性。 外泌体是由细胞分泌的纳米级膜包裹囊泡，携带蛋白质、脂质、DNA和RNA等多种生物活性物质，能够通过细胞间通讯调控受体细...
灵长类视网膜中侏儒节细胞感受野构建的计算模型研究 学术背景 灵长类视网膜中的侏儒通路（midget pathway）是视觉系统中高空间分辨率和颜色感知的基础。这一通路的关键特征之一是感受野的中心-周围组织（center-surround organization），即感受野中心区域的反应被周围区域的反应所拮抗。尽管这一现象已被广泛研究，但仍有两个关键问题未得到解决：首先，周围区域的反应主要或完全由水平细胞（horizontal cells）对光感受器（cones）的负反馈引起，这与流行的“高斯差分模型”（difference of gaussians, DOG）所暗示的前馈抑制（feedforward inhibition）机制相矛盾；其次，感受野中心和周围区域的空间范围是否可以通过其组成部...