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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
多焦点光束产生装置及多焦点共焦扫描显微镜
本发明揭示了一种多焦点光束产生装置及多焦点共焦扫描显微镜,多焦点光束产生装置包括光源,偏振器和偏振滤波光路;偏振滤波光路在光源出射光束经过偏振器后的光路上设置有第一偏振分光镜,光束经过第一偏振分光镜后一部分发生反射,一部分发生透射;在反射光路上依次设置有第一反射镜,第一滤波片和第二偏振分光镜;在透射光路上依次设置有第二滤波片,第二反射镜和第二偏振分光镜,反射光束和透射光束在第二偏振分光镜处汇合成一束光束.通过多焦点光束产生装置产生的光束经聚焦后得到的焦点均匀性高,尺寸小和形状呈圆对称分布.本发明扫描显微镜可保证高分辨率的前提下成像速度快,或者在同样的成像速度下具有更高分辨率
上海理工大学 2021-05-04
多模态多特征融合的脑电信号分类与定位模型
北京工业大学 2021-04-14
食品中重金属及兽药残留快速检测敏感元件及生物传感器开发
采用核酸适配体及分子印迹等技术,辅助计算机模拟及信号放大等手段,筛选及合成了重金属等化学危害物残留的速测敏感元件;自制单克隆抗体,采用双水相纯化结合原位固定的方式制备了瘦肉精等兽药残留的速测敏感元件。在此基础上,与光电、量热传感器联用构建了系列传感器。
上海理工大学 2021-01-12
大型结构物称重系统的千斤顶和重量传感器快速校验装置
成果与项目的背景: 目前,国内计量要求传感器的标定时间有效期为半年至一年,大型结构物称重系统涉及大量的千斤顶和重量传感器,工况恶劣复杂,在多次使用过程中会出现不同程度的磨损,千斤顶的内壁摩擦力和内腔泄露情况均会发生变化,国际上没有千斤顶的内壁摩擦力和内腔泄露完善的测量方法;同时重量传感器在使用过程中也会出现多种因素影响,其精度不能得到保证。需要一种装置对千斤顶和重量传感器随时进行标定。 技术原理: 千斤顶的内壁摩擦力和内腔泄露参数校验装置工作原理为,油泵出口开始工作,由计算机控制称重系统液压箱内部的两位两通电磁阀,使溢流阀分别独立工作,溢流阀的溢流压力根据用户的要求设定。当油泵压力稳定后,停泵,标准传感器压力信号数据减去压力传感器信号与千斤顶内腔面积乘积为千斤顶内腔摩擦力;标准传感器压力信号数据变化值为千斤顶内腔泄露参数。通过对不同的溢流阀的溢流情况交替控制,每次只有一个溢流阀工作,由于溢流阀的溢流设置不同,一次连接可以得到多个不同压力下的数据。重量传感器校验装置工作原理为,油泵出口开始工作,由计算机控制称重系统压力箱内部的两位两通电磁阀使溢流阀分别独立工作,溢流阀的溢流压力根据用户的要求设定。当油泵压力稳定后,停泵,标准重量传感器压力信号数据为千斤顶实际受力值,如果重量传感器与标准重量传感器的数据有偏差,偏差值为重量传感器误差,每次只有一个溢流阀工作,由于溢流阀的溢流设置不同,一次连接可以得到多个不同压力下的数据。 应用前景分析及效益预测: 该技术克服了现有技术的不足,提供一种大型结构物体称重系统的千斤顶和重量传感器的校验装置,可以快速、便捷地进行千斤顶内壁摩擦力、千斤顶的内腔泄露特性和对重量传感器进行校验。本装置包括油泵、千斤顶、连接在所述的油泵出、回油口和千斤顶进、出油口之间的其上装有压力传感器的千斤顶下腔油管、上腔油管,一个液压箱内设置有其上分别装有两位两通电磁阀的至少四个控制管路,所述的每一控制管路的入口分别与所述的千斤顶下腔油管相连通并且其出口分别与相应的其上分别装有一个溢流阀的溢流管的入口相连通,所述的每一溢流管的出口与所述的千斤顶上腔油管相连通,所述的千斤顶、一个称重重量传感器、一个标准重量传感器从上至下依次设置在一个支架内,一个现场巡检仪分别通过电磁阀控制电缆、传感器电缆与所述的每一两位两通电磁阀、标准重量传感器、压力传感器相连或者分别与所述的每一两位两通电磁阀、标准重量传感器、称重重量传感器相连,所述的现场巡检仪通过信号网络电缆读取所述的每一传感器的输出信号并将其进行模数转换后传递给一个计算机,所述的计算机读取并存储所述的现场巡检仪传输的数据信号并通过所述的现场巡检仪将开关控制信号传输给所述的每一两位两通电磁阀。该装置可以快速、便捷地进行千斤顶内壁摩擦力、千斤顶的内腔泄露特性和对重量传感器进行校验。 应用领域: 海洋石油生产的超大型机电装备,涉及大型结构物建造过程的称重技术、连续顶升、移位、装船及海上安装技术 技术转化条件(包括:原理、设备、厂房面积的要求及投资规模):具体面谈。
天津大学 2021-04-11
大型快速锻造机技术与装备
基于自主研发构建了机电液一体化大型设备,电气是基于PLC为基础自做开发的控制程序,完全符合市场需求。机械采用预紧式机架,大大降低了制造、安装难度及生产成本,本且减少整机重量。液压系统采用高压蓄能器瞬间加压,同时利用蓄能器回收高压油,大大降低了功率的使用,提高了液压系统的加压速度。 该设备具有结构简单、重量轻、安装调试周期短等优点;同传统的快速锻造机相比,采用高压蓄能器提高液压系统的加压速度、工作效率得到大幅提升,整节能效果显著。
太原科技大学 2021-05-04
混凝土结构隐患震波快速测试技术
混凝土构筑物在建设及生产使用中其表层、内部及接触带会产生各种变形、破坏及地质异常,严重影响混凝土体的安全使用。目前利用震波测试方法可对介质内部结构及异常进行探查与评价。相比较来说,震波探测方法较雷达测试方法抗干扰能力强,评价参数多样。本技术采用拟雷达式数据采集方式,通过改进震波单发单收装置为轮式连续滚动装置发收信号,实现对震波数据的速采、速显、速存,根据获得的连续剖面波场属性参数判断结构体内隐患状况。通过分析震波特征属性参数,结合波速、频率及波幅特征变化进行混凝土介质异常的位置识别与特征判定。
安徽理工大学 2021-04-11
现场快速检测试剂盒
上海交通大学医学院附属仁济医院分子医学研究院谭蔚泓院士和杨朝勇教授等的团队与湖南大学蒋健晖教授等团队发明了一种便携傻瓜式的现场快速分子诊断新技术,突破了核酸快提、恒温逆转录扩增、便携式实时荧光检测和比色检测三个关键技术,开发了新型冠状病毒家庭简易快速检测试剂盒和相关技术,目前该项目获得国务院应对新型冠状病毒感染的肺炎疫情联防联控机制办公室(国家科技部)会同药监局发布的“新型冠状病毒(2019-nCoV)快速检测产品研发”项目优先支持,并被推荐纳入药监局应急审批通道。
上海交通大学 2021-04-10
动物外伤快速愈合喷剂
无论是在畜牧业养殖过程中,还是家庭宠物养殖过程中,养殖动物很容易受到外伤, 在宠物受伤时,不方便用敷料,也不可以用药膏,任何让他感到不舒服的东西都会被它 挠掉,还会时不时的舔舐伤口,当伤口很深的时候,口腔内的细菌会让伤口感染。我们 研制出了一款动物外伤快速愈合喷剂,使用过程中产生的喷雾在伤口的表面会形成很薄 的液膜,吸附性非常的好,同时可以阻挡住细菌感染伤口。截止到目前为止,已进行了 四批的动物实验,能够使伤口愈合时间大大缩减,促进表皮细胞组织再生,他消毒杀菌, 预防交叉感染。促进伤口愈合速度是其他产品的1.5-2倍。本产品采用海洋生物提取物, 以及多种中药材复合制剂,能够促进伤口快速愈合,特别是在手术后伤口愈合的过程中 效果非常明显;适用于各种宠物表面创伤,包括手术创伤、机械创伤、打伤咬伤、粘膜 冲洗及慢性溃疡等,无毒副作用,安全方便。 技术成熟度达到了实验室批量生产程度,并且本产品经过前期实验可以很方便的进 行工业批量生产。
青岛农业大学 2021-04-11
气动或液压元件快速连接装置
气动或液压元件快速连接装置,由阀块与阀块背部的定勾板构成,定勾板端 部设有挂在阀块上支架上 的弯钩,阀块与阀块背部的定勾板固定,定勾板上端部 的弯钩挂在阀块支架上,另设有一块与定勾板贴合 的动勾板,动勾板上设有孔槽, 并设有连接销置于孔槽内,动勾板沿着连接销滑动,动勾板上端部固定一 弹簧, 下端部设有挂在阀块下支架上的弯钩。
南京工程学院 2021-04-11
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