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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
西北大学教授课题组合作研究成果以共同通讯作者在Nature发表
日前,我校化学与材料科学学院陈希教授与华中科技大学吴钰周、钟芳锐教授合作,以共同通讯作者在Nature主刊在线发表文章“Enantioselective[2+2]-cycloadditions with triplet photoenzymes”。
西北大学 2022-10-13
适配器和LED照明AC/DC电源管理芯片
LED半导体照明由于环保、寿命长、光电效率高等众多优点,已经成为主要的照明方式。LED一般只能在是2~3伏低电压工作,必须要设计复杂的电源转换电路,不同用途的LED灯配备不同的电源适配器。LED芯片和电源装在一起,一般空间狭小,散热条件差,驱动电源的质量直接影响半导体照明的使用寿命。对驱动电源的要求包括转换效率、有效功率、恒流精度、电源寿命、电磁兼容等。实际应用过程中,因此必须要综合考虑这些因数。LED驱动电源面临几个挑战:首先是驱动电路寿命;其次是转换效率,尤其大功率应用中,可减少热耗散;再次是调光功能;最后是控制成本。
电子科技大学 2021-04-10
高性能大电流(50kA)铜箔电解电源装备
超薄铜箱是电子、通信、航天等产业的关键材料,而大电流电解电源是超薄铜箔高效高质生产的关键装备,对电流纹波、稳定性、功耗等技术指标要求极高,实现难度大。罗安院士发明的多高频变压器PWM全控变换电解电源技术,解决了大电流、低纹波、低功耗铜箔电解的难题。他发明的铜箔电解电源结构及控制方法,实现了IGBT的零电压开通与关断, 工作频率达20kHz,电源模块电流突破50kA,研制出了高性能大电流(50kA)铜箔电解电源装备。他发明的多电源模块阻抗匹配自动均流控制方法,突破了多电源模块并联静动态均流的国际难题,均流误差≤0.5%。 高性能大电流(50kA)铜箔电解电源装备与国际知名DYNAPOWER 公司产品相比,电流纹波由2%下降到0.5%,电耗降低12% ,独占了铜箔生产用大电流整流电源市场,广泛应用于电镀、电解、表面处理等领域,市场占有率在50%以上。
湖南大学 2021-04-11
本安防爆型不间断直流开关电源
“ 本安防爆型直流开关电源 ” 项目先后获得国家自然科学基金、国家科技部计划、西安市科技攻关及陕西省教育厅产业化培育基金等的资助,通过了陕西省科技厅组织的验收,所取得成果达到了国内领先水平。已获发明专利 5 项,获各类科研成果奖励 5 项,其中省部级科学技术奖励及发明专利奖励各 1 项,发表高水平学术论文 40 余篇,出版专著 2 部。
西安科技大学 2021-04-11
第五代中频电源的研制及推广
西安科技大学电气研究所(原西安矿业学院感应加热技术研究所)是多年从事感应加热成套设备研究、开发、生产的专业化研究所。该所研制和生产的大、中、小型中频熔炼电炉、成套中频透热设备和成套淬火设备,自97年以来已应用于240余家大、中型企业,取得了良好的技术经济效益。该所推出的第五代中频电源,1998年4月通过了国家级检测(国质监认字110号,电质检委字1998-060号),在节能、高效、简化电路、易操作、高可靠性等方面达到国内领先水平; 2000年6月获国家科技部、国家对外贸易部、国家质量监督局、国家环保总局等五部委颁发的国家重点新产品证书,2000年7月和2001年10月分别获陕西省教委和西安市人民政府科技进步奖。  
西安科技大学 2021-04-11
一种目字型电动汽车混合电源装置
本发明属于能源动力技术领域,涉及一种目字型电动汽车混合电源装置,第一开关与发电装置的正极连接,第三开关与第二储能装置的负极连接;第一储能装置的负极与第二储能装置的正极电连接,第一储能装置的正极与发电装置的负极电连接,第一储能装置的正极与电机控制器的直流输入正极电连接,负极与电机控制器的直流输入负极电连接;电机控制器的输出端与驱动电机电连接;直流充放电接口连接第二储能装置;电子控制单元分别与第一储能装置、第二储能装置、发电装置和直流充放电接口连接,电子控制单元分别与第一开关、第二开关和第三开关连接;其结构简单,原理可靠,操作方便,使用寿命长,电源控制合理高效,能耗少,环境友好。新能源汽车新型混合动力结构,系统工作模式更多,整体更加节能,对电池组的适应性更好。还可以应用于储能发电系统,可以融合光伏、风电、油电、循环锂电池混合的储能电站。
青岛大学 2021-04-13
一种双输出反激式开关电源
本实用新型公开一种双输出反激式开关电源,包括主控制电路、变换器和输出整流滤波电路;主控制电路包括控制芯片UC3842以及与控制芯片UC3842连接的功率管驱动电路、电流采样电路和电压反馈电路;变换器包括功率开关管、高频变压器、第一缓冲吸收电路和第二缓冲吸收电路,功率开关管的输入端分别与功率管驱动电路、第一缓冲吸收电路连接,输出端与高频变压器的输入端连接;高频变压器分别与电流采样电路、第二缓冲吸收电路和输出整流滤波电路连接。本实用新型提供的双输出反激式开关电源,可有效消除高频电压和电流对功率开关管造成
安徽建筑大学 2021-01-12
高效率直流电源模块
高效率直流电源模块主要是应用在电信基站、航空航天等领域的直流 电源。电源输入端为单相及三相交流市电,输出为低压直流电压及大直 流电流。电源直流变换电路结构釆用了谐振隔离型电路拓扑及交错、同 步等技术使模块的效率有了较大的提高,并且输入整流采用了数字控制 技术,提高了性能,使系统控制方式更加灵活。该技术符合国家节能政 策,可以降低能耗,具有可观的经济效益。性能指标:
西北工业大学 2021-04-14
空气净化器和臭氧发生器电源
空气净化器和臭氧发生器广泛用于“室内空气净化”、“汽车尾气治理”、“工业给水处理”等领域。影响空气净化器和臭氧发生器性能的因素很多,如电极的结构、绝缘材料的介电常数、高压电源等,其中高压电源是影响它们生产效率和寿命的重要因素。本项目开发的空气净化器和臭氧发生器电源,具有功耗底、体积小、重量轻、可靠性高等特点,各项指标均优于同类进口产品。以下给出的是一种用于空气净化器供电电源的主要性能指标:1、输入电源:AC220V±10%  50HZ
大连理工大学 2021-04-14
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