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纤维化扩展中旁张力信号介导的肌成纤维细胞和纤维细胞通讯
《美国国家科学院院刊》( PNAS)在线发表了清华大学医学院生物医学工程系和清华-北大生命联合中心杜亚楠教授研究组题为“纤维化扩展中旁张力信号介导的肌成纤维细胞和纤维细胞通讯”(Matrix-transmitted paratensile signaling enables myofibroblast-fibroblast crosstalk in fibrosis expansion)的研究长文。该研究应用单细胞力学刺激和体外仿生模型结合数学模型计算,系统探究了基质材料介导的力学信号在细胞间通讯的时空作用模式、分子基础,及其在纤维化发展蔓延过程中的作用,为细胞间力学信号介导的成纤维细胞(FB)-肌成纤维细胞(MF)互作提供了直接证据,并将这种纤维化发展进程中基质纤维介导的新型细胞间通讯模式命名为 “旁张力信号”(Paratensile signaling)。组织器官在受到损伤之后,会发生损伤修复,诱发组织纤维化。如果没有有效的控制措施,慢性纤维化疾病会最终导致组织硬化,诱发器官衰竭。有研究表明,在现代社会死亡病例中有将近50%与组织器官的慢性纤维化相关,包括此次新冠肺炎,会伴有肺部纤维化,重症患者纤维化进一步蔓延可导致呼吸衰竭,肺部纤维化也是愈后后遗症的重要风险因素之一。成纤维细胞的持续激活是各类组织纤维化中的主要诱因,在组织器官受到损伤或病毒感染之后,组织内的成纤维细胞FB会受到“旁分泌因子”(paracrine factors),例如TGF-b,PDGF等诱导,激活分化成为肌成纤维细胞MF,并分泌大量的细胞因子及细胞外基质,造成更广泛的成纤维细胞激活和组织硬化,进而引起组织器官内纤维化区域蔓延。除了感知化学信号,部分研究显示体外细胞会导致细胞外基质生物化学及生物物理性质的改变,也有研究表明细胞能够感受细胞外基质的物理特性,比如硬度、粘弹性等并作出响应。2017年,杜亚楠课题组发表于《自然·材料》的研究发现,在肝脏纤维化早期,肝窦内皮细胞可通过胶原纤维束传递力学信号激活星型细胞,导致肝脏纤维化蔓延。但是到目前为止,纤维化进展过程中细胞外基质材料介导的细胞间力学通讯的模式是否保守,以及其在组织器官内的蔓延模式、相关分子机制尚不明确。图1 组织纤维化扩展中旁张力信号介导的细胞间机械通讯示意图旁张力信号包含三个过程,一、力学信号的产生;二、力学信号在细胞外基质传递;三、周围细胞接受力学信号刺激作出响应。此过程介导了纤维化区域在组织内的扩张蔓延。研究团队首先在单细胞和多细胞水平上,通过统计FB和MF细胞收缩力和互作结果,显示细胞间存在基于胶原纤维化介质的细胞间通讯。为了进一步证明细胞间的机械通讯行为,团队建立了基于原子力显微镜可通过胶原纤维对单细胞施加可控、细胞级别力刺激的研究平台,利用该平台尽可能去除旁分泌等化学信号对细胞造成的影响。团队研究了来源于不同组织(肝脏、心脏和皮肤)的成纤维细胞对于旁张力信号的响应模式,即旁张力信号作用机制的三个过程:力的产生-力学信号在细胞外基质传递-临近细胞感受力学信号作出响应;研究发现距离施力细胞70微米 之外的细胞能在1秒之内对旁张力信号作出响应,并且初步证明细胞表面胶原蛋白受体Integrin/DDR2和机械力敏感钙离子通道Pizeo1介导了细胞间力学信号向细胞内生物化学信号的转变。 基于实验现象,团队进一步建立了基于单纯旁张力的数学模拟计算方法(Fibroblast - Myofibroblast Populated Collagen Lattice model, FMPCL),利用该数学模型可重现体外实验结果,包括细胞力产生、胶原纤维束的聚集及旁张力信号介导的成纤维细胞的激活,同时可预测在单细胞、多细胞水平下细胞间作用距离对于细胞激活的程度。在细胞水平研究的基础上,进一步结合微加工技术、组织工程手段和报告基因系统,分别构建了可模拟纤维化蔓延界面的体外纤维化灶扩展( fibrotic foci expansion)模型和可模拟心脏纤维化扩展的体外仿生模型,并结合数学仿真,发现在纤维化组织和正常组织交界面(border zone)存在广泛的MF-BF细胞间旁张力通讯,导致界面不断扩展、纤维化区域蔓延。使用激光切割技术切断介质胶原纤维束,能够显著的阻断纤维化区域的蔓延。同样,阻断细胞间旁张力通讯能够抑制体外仿生模型中心脏纤维化的蔓延,证明了旁张力信号在组织纤维化扩展蔓延中不可或缺的作用(图2)。图2 纤维化蔓延界面和心脏纤维化仿生体外组织模型和数学模型在纤维化蔓延界面体外(A)和数学模拟(B)仿生模型中,在未干预的情况下,纤维化区域呈现显著蔓延并伴随着成纤维细胞的激活。通过显微切割技术切断纤维化界面的胶原纤维阻断旁张力信号,纤维化蔓延趋势得到显著抑制。同样在模拟心脏心室壁的组织纤维化模型和数学模拟模型中(C),在未干预情况下均出现显著纤维化蔓延,但是经过小分子BAPN处理抑制胶原纤维重塑,纤维化区域的蔓延得到抑制。该研究为细胞外基质材料介导的细胞间机械通讯提供了直接证据,“旁张力”细胞间通讯模式是对现有基于生化因子的“旁分泌”信号机制的重要补充(见视频),为纤维化病理研究提供了新视角,为临床干预纤维化疾病提供了新思路。清华大学医学院生物医学工程系教授、北大-清华生命联合中心研究员杜亚楠为本论文通讯作者,杜亚楠研究组已毕业博士刘龙伟、硕士于鸿升为本文的共同第一作者。杜亚楠课题组已毕业博士赵辉、鄢晓君,在读博士生龙艺、吴钊钊、尤志峰、周律等对此项工作有重要贡献。该研究得到了北京市自然科学基金、北京市自然科学技术委员会和国家自然科学基金的资助。文章链接:https://www.pnas.org/content/early/2020/04/30/1910650117?from=groupmessage&isappinstalled=0
清华大学 2021-04-11
一种基于子空间融合和一致性约束的准稠密匹配扩展方法
本发明公开了一种基于子空间融合和一致性约束的准稠密匹配扩展方法。首先获取可靠的种子匹配,在种子匹配周围选定待扩展区域。然后对区域内的所有待扩展像素点进行稠密 SIFT 特征提取,并通过子空间学习将待扩展点的特征信息和位置信息进行融合。在寻找匹配时,利用一致性约束学习一个局部非刚体变换,该变换与仿射变换·748·等模型相比可以更好地描述非平面复杂场景。每一次扩展完成之后,对扩展结果进行优化,剔除不好的匹配
华中科技大学 2021-04-14
可重复消毒使用口罩的纳米纤维过滤膜材料
清华大学深圳国际研究生院李勃研究员团队与清华大学材料学院伍晖副教授团队近年来一直在合作开发纳米纤维类材料,并在研究中发现纳米纤维膜具有良好的过滤性能。在抗击疫情的战斗中,该团队紧急启动了用于口罩中间过滤层材料的纳米纤维膜的二次开发。
清华大学 2021-04-10
可反复循环利用的全生物降解塑料
采用大石化乙烯产品链合成乙二醇的一种副产物二甘醇为原料,通过采用发明的高效催化剂体系聚对二氧环己酮(PPDO)具有优良的生物相容性和生物降解性,同时又具有很高的强度和良好的韧性。本成果研究开发的PPDO不仅可应用于可生物降解手术缝合线等医用领域,而且可以用于其他一次性使用的塑料制品领域,特别是采用纳米复合技术来制备新型的PPDO/ 纳米复合材料,具有较高的熔体强度,容易吹塑成型,并且其膜制品具有较好的气体阻隔性,可用于不同领域的一次性塑料制品。对于回收回来的废弃PPDO产品,可以在简单的条件下回收其聚合单体,回收率高达93-99%,并且回收的单体又可用于PPDO的聚合,可实现反复循环利用;对于不宜回收的应用领域,PPDO又可完全生物降解。因此,PPDO是高分子家族中少有的既具有可完全生物降解性,又易于回收为单体的高分子品种,是一类真正的“绿色高分子材料”。本成果采用新的聚合方式和途径获得高分子量的 PPDO,使 PPDO 的成本成为目前完全生物降解聚合物中最具竞争力的品种之一。 PPDO塑料废弃物的PDO单体回收率:≥93%,并且可以完全用于合成PPDO。 PPDO塑料制品的性能: 拉伸强度:30~60MPa,断裂伸长率:300~600%,可完全生物降解。 PPDO塑料废弃物的PDO单体回收率:≥93%,并且可以完全用于合成PPDO。 产品可应用于生物医用领域(手术缝合线、固定材料、药物缓释材料等)、一次性使用塑料产品(如垃圾袋、购物袋、快餐具等)。由于该产品易于回收单体和重复聚合利用,并且成本与普通塑料相当,因此PPDO的制品可望取代现有的一次性使用的既不能生物降解又不易回收单体进行反复利用的领域塑料产品,是目前具有市场竞争力的环境友好一次性使用塑料产品,可创造巨大的经济与社会效益。
四川大学 2021-05-11
内蒙荒漠特色资源可持续利用与扶贫开发
本研究在新疆塔克拉玛干沙漠腹地及内蒙古阿拉善沙漠开 展固沙植物柽柳生态林寄生管花肉苁蓉药材的种植、加工及药 理学研究,提出并实施对寄主柽柳宽窄行种植、建立种子选育 园及套袋采收、水枪射流钻洞接种及微波湿法加工工艺等系统 工程创新技术
中山大学 2021-04-10
通用型可定制无人智能航行器及平台
目前国内外企业只能生产执行特定任务的专用无人船,应用范围窄,难于加载日益增长的智能级别的任务,不利于用户的集成开发应用。针对这一市场需求,本产品定位于研发通用型的无人智能航行器,基于实时仿真测控平台,面向感知数据融合模型解算框架,支撑复杂智能任务算法研究,支持Matlab/Simulink实时仿真测控引擎,满足高端研发环节需求。采用开放式接口,响应终端用户的定制化需求,用户可以根据自行调整配置、加载任务系统,部署到实际环境在线调试,极大提高了工作效率,缩短了研发周期。
北京理工大学 2021-02-01
沈富可:高校数字化转型的实现路径
高校数字化转型的过程是一个将信息技术与高校教育教学、管理深度融合的过程,是一个重新设计在物理空间、数字空间两个空间如何同步办学的过程,这是一个非常复杂的系统工程,涉及到学校的方方面面,技术上需要高校自己的团队来设计实现基础数据和服务交互平台,提供可信的数据采集、分析工具和数据共享标准规范,为学校其他职能部门、院系的“业务转型”提供技术支持。
中国高等教育学会 2023-01-10
一种可自动上料的中药研磨装置
本实用新型公开了一种可自动上料的中药研磨装置,包括封口板、搅拌研磨架、研磨入料口和出料装置,所述封口板的中间部位设置有入料管,且入料管的下侧装设有搅拌斗,所述搅拌斗的两侧端口处镶嵌有连接架,所述输料管的中间部位镶嵌有阀门板,所述出料装置的两侧装设有研磨斗和集料斗,且集料斗的底端设置有固定架,所述固定架的两侧端口处镶嵌有支撑杆,所述支撑杆的两侧端口处装设有研磨斗和防滑脚垫,该可自动上料的中药研磨装置
青岛农业大学 2021-01-12
可释放负离子环保型橡胶地板
传统的橡胶地板易产生静电,特别是在室内空气流通性差的使用条件下,空气中负离子 的浓度很低,人们容易感到疲劳和烦躁情绪,患上“城市文明病”。本成果在对前期已研制 出的橡胶地板进行功能化拓展,所研制出的可释放负离子的橡胶地板除具有传统橡胶地板的 隔潮、降噪、防滑等优点外,还能产生负离子浓度高达 3500 个/cm3 ,达到甚至超过森林中 的负离子浓度。可释放负离子环保型橡胶地板推广应用于家庭铺地装饰,可让在家时可 以享受到犹如在森林中的空气质量。该成果可以加快传统橡胶地板产品质量升级,增强 该产品的市场竞争力,具有良好的市场前景和较高的社会推广价值。 
南京工程学院 2021-04-13
预制装配钢结构可修复的抗震耗能连接节点
本实用新型公开了预制装配钢结构可修复的抗震耗能连接节点,包括预制的组合工字型梁柱、预制的工字型钢梁一、U型青铜片、高强螺栓、预应力筋,梁柱伸出端为工字型钢梁二,工字型钢梁一和工字型钢梁二翼缘处均对称焊接两个三角形钢板,预应力筋两端分别穿过工字型钢梁一和工字型钢梁二上的三角形钢板上的安装孔,工字型钢梁二的腹板上留有U型空槽,工字型钢梁伸出的端头为外凸的弧形端头,工字型钢梁二的腹板上、U型青铜片、弧形端头上均留有圆形孔洞和四个弧形长圆孔洞。本实用新型解决了目前建筑连接节点抗震性能较差,破坏后无法恢复的技
安徽建筑大学 2021-01-12
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