DNA损伤修复的单分子水平研究进展

外源或内源的DNA损伤在生物体内持续发生。DNA损伤修复的缺陷与很多疾病甚至癌症等息息相关,而生物细胞进化出一系列精密的修复机制以耐受或切除这些损伤。单分子技术区别于常规的生化、分子生物学等手段,可以在体外和活细胞内研究DNA修复相关生物分子的动态反应特征,从而对DNA修复机制进行更充分的剖析。文章围绕常见的DNA损伤及其修复类型,阐述了近年来利用原子力显微镜、磁镊、光镊等单分子操控技术,以及全内反射荧光显微镜、光激活定位显微镜和超分辨显微示踪等单分子荧光成像技术在DNA修复机制研究中取得的进展,梳理了利用单分子技术解决的长期存在的关于DNA修复难题,并展望了单分子技术联合其他交叉学科技术在研究DNA修复机制方面的前景。     

显微高光谱成像的生物组织定量检测机理及方法研究

将显微镜技术与高光谱成像技术相结合, 研制出了推帚式显微高光谱成像系统. 介绍了系统原理和实现的关键技术, 并对系统的性能进行了分析. 对显微高光谱数据的预处理方法进行了研究, 提出了一种利用空白显微高光谱图像进行光谱响应校正的算法. 对校正后的数据进行了归一化处理, 反演出了生物组织的透射率光谱曲线. 使用该系统采集了大鼠视网膜组织切片的显微高光谱数据, 获得了视网膜切片的单波段图像和3波段伪彩色合成图像, 并提取出了透射率光谱曲线. 初步试验表明, 显微高光谱成像系统在生物样本的检测和分析中具有良好的应用前景.     

夹脊电针疗法对脊髓横断损伤大鼠的作用

在雌性Wistar 成年大鼠胸髓第10 节段造成脊髓横断损伤, 然后在脊髓损伤区给予夹脊电针治疗, 为脊髓组织在电场的作用下再生提供一个良好的微环境. 脊髓横断术后7 和14 d, 通过对大鼠运动功能的观察发现, 夹脊电针治疗可以促进神经的恢复; 脊髓损伤区的Brdu, Nestin, GFAP阳性神经元计数、Nestin mRNA 及GFAP mRNA 相对表达量的变化也证实, 夹脊电针治疗可以促进脊髓损伤后的神经干细胞增殖, 从而发挥神经元及其他功能细胞的修复作用. 电生理学检测结果表明, 夹脊电针治疗可以提高脊髓传导速度. 研究结果显示, 夹脊电针和夹脊电针预处理治疗方法对于脊髓损伤后神经干细胞增殖及神经功能的恢复具有重要作用, 为临床应用提供了新的思路.     

微波致热超声成像原型系统

相对微波和超声成像系统, 微波致热超声扫描成像(MITAT, microwave-induced thermo-acoustic tomography)技术在对比度和分辨率方面具有明显优势, 因此该技术在生物组织成像领域受到了越来越多的关注. 介绍了一个完整的MITAT原型系统, 并利用该系统对埋入脂肪中的高含水量生物组织目标进行了一些基础性的实验. 在这些实验中, 通过由截面为毫米尺度的猪肌肉组织样条所产生的热超声波信号, 获得了同时具有高对比度和高分辨率的MITAT图像. 为了验证MITAT的优势, 一个商用的超声线阵成像系统也对同一实验目标进行了超声成像对比实验研究; 两种系统的成像结果表明所搭建的MITAT原型系统在对类肿瘤的高含水目标探测方面具有良好的性能.     

针孔SPECT成像完全三维图像重建的研究

依托自行研制的一台高分辨率小动物单光子发射型计算机体层成像系统(Micro- SPECT), 开发针孔SPECT成像的完全三维图像重建技术. 该研究包括: 针孔SPECT成像的投影算子推导及其在Radon空间的采样特性分析; 有效的系统几何参数校正方法; 适用于圆轨道和螺旋轨道扫描的三维图像重建算法及定量补偿方法的实现. 为验证开发的完全三维图像重建技术, 进行了相应的计算机模拟成像、模具成像及小鼠成像实验, 并对结果进行了讨论. 计算机模拟和模具及小鼠成像实验显示: 跟基于解析求逆理论的近似图像重建算法FDK相比, 基于统计理论的三维迭代图像重建算法结合有效的系统响应补偿方法, 能够显著地改善重建图像质量和提高系统成像分辨率; 螺旋轨道扫描的针孔SPECT成像技术可以有效地克服常规圆轨道扫描成像的局限性, 扩大成像系统的轴向视野, 提供相对完备的锥形束投影采样空间, 实现高分辨率的全身小动物SPECT成像. 实验结果表明我们开发的完全三维图像重建方法与技术是切实有效的, 达到了预期的目的, 可以较容易地推广应用于多针孔SPECT成像的三维图像重建.     

脊椎

<正>每年全球有接近25万人遭受脊髓损伤。这些破坏性的伤害可能夺去生命、使人们丧失行动能力并增加医疗系统的负担。医疗的进步——从干细胞治疗、神经再生到高科技外骨骼——可以减轻疼痛并恢复行动能力。本专题的展望显示,医学和科技的进步正在为减轻痛苦和恢复行动能力提供新方法。研究者们正在研究各种各样的方法来修复脊髓损伤。一些技术利用干细胞或者重组细胞来帮助机体,使伤害中损伤的神经细胞重生。再生技术已经在帮助修复脊椎,与脊椎的自然成分非常接近的替代椎间盘也已经处在研究阶段。新药物可以减轻痛苦,提高受伤过后的恢复水平,并且尽可能地刺激生物学机制来替换损伤的细胞。另外,生物化学工     

利用反射差频参量阵进行生物组织B/A值的层析成像

在有限振幅插入取代法的基础上,提出了利用反射模式的差频参量阵对生物组织的非线性声参量B/A值进行层析成像的理论和实验方法;测量了差频声波的指向性,并对若干生物样品进行了实验成像,获得了满意的结果,为医学超声提供了一个新的成像方法.     

锰离子增强磁共振成像在大鼠嗅球神经传导及早期确定脑缺血中心研究中的应用

以二价锰离子(Mn²⁺)为示踪剂的磁共振成像是近年来发展起来的可在体、动态地追踪神经传导通路和研究大脑功能的一种脑成像新技术. 利用这项技术对静息状态下Mn²⁺在大鼠嗅球层状结构间的传递过程以及大鼠急性脑缺血模型中的钙离子(Ca²⁺)超载过程进行了研究, 得到了大鼠嗅球高空间分辨率的层状结构图像, 并测得静息状态下Mn²⁺在嗅球层状结构间的表观传递速率大约为0.2 mm/h. 急性大鼠脑缺血研究结果表明, 缺血早期存在Mn²⁺沉积区域的面积(代表缺血过程中存在Ca²⁺超载的区域)仅为扩散加权图像中的高信号区域面积的(55±15)%, 提示以Mn²⁺为示踪剂的磁共振成像比常用的扩散加权成像能更为准确地早期确定缺血中心区域.     

超声、磁共振多功能微气泡造影剂的制备和应用

随着包膜微气泡材料和制备技术的发展, 微气泡超声造影剂不仅用于超声成像诊断, 而且在分子成像、药物传输及靶向治疗等多个领域得到广泛的研究与应用. 实验制备了膜壳装载Fe₃O₄纳米颗粒、中心包裹氮气的聚合物微气泡造影剂, 体外超声成像(US)显影实验发现该微气泡具有良好的超声图像增强作用. 利用包膜微气泡在超声场作用下的振动模型研究其动力学行为发现, 膜壳中包裹的Fe₃O₄纳米颗粒在一定浓度范围内能增加微气泡的膜壳散射截面, 增强超声波的背向散射强度, 从而显著增强超声图像的显影效果; 当超过一定Fe₃O₄纳米颗粒浓度则会导致微气泡膜壳散射截面减小, 从而降低超声图像增强效果. 另一方面体外磁共振成像(MRI)显影实验证明, 随着膜壳中Fe₃O₄纳米颗粒含量的增加, MRI增强效果亦增加. 因此为了制备US和MRI双重显影增强的微气泡造影剂, 控制磁性纳米颗粒在微气泡膜壳中的包裹量十分重要.     

成年大鼠胸髓损伤修复后的形态学和电生理学研究

在成年大鼠胸髓第9节段造成脊髓右侧2/3横断损伤, 将本研究设计的一种植有L-多聚赖氨酸的壳聚糖导管植入脊髓损伤区, 为脊髓再生提供一个独立的微环境. 术后12个月, 通过对脊髓损伤区的壳聚糖导管内的新生组织的超微结构观察发现, 植有L-多聚赖氨酸的壳聚糖导管可促进有髓、无髓纤维和血管的再生. 电生理学检测也证实, 植有L-多聚赖氨酸的壳聚糖导管对于大鼠伤侧体感诱发电位和运动诱发电位的长期恢复起到关键性的作用. 研究结果表明, 植有L-多聚赖氨酸的壳聚糖导管对于脊髓损伤后结构的再生及功能的长期恢复具有重要作用, 为临床应用提供了新的思路.     

1986年生物学的六大科学新闻

1.设计成能激发起中枢神经系统细胞再生的实验,为脊髓和脑组织损伤的最终修复带来了希望。脊髓和脑组织——中枢神经系统(CNS)的损伤,对人和其他哺乳动物来说会产生永久性的疾患。如果神经细胞被杀死的话,它们也不能被代替。即使死细胞让出来,如果损伤的神经细胞是那些携带、传递信号的长纤维的话,那么它们之间的联系就中断,伤者可能遭受丧失感觉输入或主动控制的痛苦。发现鱼脑和脊髓的某些部分会再生长纤维(称之为轴突)。就是人的末梢神经系统(PNS)——脊髓、肌肉和感觉器官也会使受损伤的轴突再生。医学研究人员在促进PNS受损伤后的这种再生作用方面正在取得进展。科学家们从二十年代起就怀疑这个问题的根源不在于神经细胞的能力,而在于一种不合适的环境。最近,A.艾桂约(Albert Aguayo)及其同事业已证实当置于末梢神经细胞的环境中,甚至PNS神经细胞也可以再生轴突。这项技术也可以看作是环境移植,主要由艾桂约设计的,其实际用途也许有朝一日会用一个PNS移植片作为一座桥梁跨过脊髓和脑部受损伤区域。     

摄像显微技术在微纳马达体系研究中的应用

摄像显微技术是在实空间上研究微纳马达体系结构和动力学不可或缺的重要实验手段.通过摄像显微技术,人们可以对微纳马达体系进行直接观察和记录,并且可以对显微图像进行定量的分析从而精准地研究体系的结构与动力学.本文概述了摄像显微的实验技术和数据处理方法,介绍了利用摄像显微技术在微纳马达体系研究中的应用进展.     

脑神经活动光学显微成像技术

大脑包含数亿至数千亿的神经元以及更为复杂的神经突触连接网络,是生物体中最复杂的器官.脑科学是21世纪以来最重要的前沿新兴学科之一,它的兴起标志着人类在认识自我、探索智慧和意识的本质中进入了一个新时代.在活体中对大脑神经活动进行长时间、大视野、高时空分辨率的观测,是解析大脑功能的关键.光学显微成像技术以其时空分辨率高,光学探针的特异性和多样性等优势,成为了脑神经活动研究的重要工具.针对大脑的高度散射、高速神经信号传递、超大神经元规模、精细突触连接结构等特性以及自由活动动物的脑神经活动观测需求,本文将从超深、超快、大视场、超分辨、微型化5个发展方向,概述包括多光子、红外二区、光声、光片、结构光以及自适应光学在内的多种光学显微成像技术在脑神经活动显微观测领域的发展进展及前沿动态,并展望脑神经活动光学显微成像技术的未来发展方向与前景.     

哺乳类细胞受照射后DNA损伤修复中的“二次损伤”现象及其机理初探

应用彗星法研究了小鼠乳腺癌细胞SX_9受照后DNA损伤修复动力学曲线 ,观察到细胞受照后出现损伤_修复_再损伤_再修复的“二次损伤”现象 .进一步研究表明 ,聚腺苷二磷酸核糖聚合酶 (poly(ADP_ribose)polymerase,PARP)的抑制剂 3_氨基苯甲酰胺 (3_AB)可改变“二次损伤”的进程 ,因而对“二次损伤”现象与PARP对DNA损伤的识别、结合与脱离之间的内在联系及PARP在这个过程中的作用进行了初步的探讨 .     

基于双模态造影剂的超声影像与磁共振影像的配准

由于超声影像斑点噪声突出、分辨率低,超声影像和其他模态医学影像之间的配准融合是一个未完全解决的困难问题.本文提出了一种新的基于双模态造影剂的超声影像和磁共振影像之间的配准算法.利用双模态造影剂对体模进行超声和磁共振显影,在此基础上构建了超声图像与磁共振图像之间的空间变换模型.此算法模型既能够体现两幅图像之间的物理空间坐标变换,也能够体现两幅图像之间的强度(包括亮度和对比度)变化;运用多尺度金字塔算法对构建的空间变换模型进行求解,得到的解既能够满足两幅图像之间空间全局变换,也能够满足两幅图像之间的局部细节变化.实验结果表明:利用双模态造影剂并结合上述算法对超声影像和磁共振影像进行配准可以获得较好的配准效果.     

图像配准和时间平均在DNA单分子AFM探测中的应用

增强单分子成像的信噪比(SNR)对单分子精细结构的识别和分辨率的提高具有重要意义. 目前单纯依靠硬件技术的改善无法突破固有限制, 众多研究表明, 图像处理技术是进一步提高单分子成像SNR的重要方法. 原子力显微镜(AFM)的单分子成像具有独特优势, 至今还未有利用图像处理方法改进低信噪比单分子图像的报道. 本文以单个DNA分子为典型样品, 针对操纵及弹性研究等方面的独特研究基础, 以时间平均法替代电子显微镜等技术中针对可重复形态制样的单分子的分类平均法, 对单个DNA分子的AFM时间序列图像采用图像配准和时间平均方法, 有效改善了图像的信噪比, 能够恢复背景中与噪声量级相当的信号. 结合其他技术, 本方法可实现图像精细结构的进一步解析和识别应用, 有望在AFM单分子操纵中起到重要作用. 本文描述的基于图像配准和信噪比评估的方法具有普适性, 可应用于AFM成像质量及状态的定量评估表征中.     

材料损伤的非线性超声评价研究进展

非线性超声技术由于能够克服传统线性超声的不足,对于微纳尺度缺陷(如位错、微裂纹等)较为敏感,受到研究者的广泛关注.本文介绍了非线性超声技术检测材料损伤的基本原理;对传播过程中非线性超声波与材料微观结构相互作用的理论研究以及非线性超声技术检测、评估材料损伤的实验研究进展进行了综述;最后基于非线性超声损伤检测研究的现状对该技术进一步发展进行了展望.     

大鼠脊髓灌流液中CCK-8含量与电针镇痛个体差异性的关系

电针镇痛具有个体差异性,可将不同针效的大鼠分为优针效和劣针效２个群体,实验选择了优针效大鼠（ＨＲ）和劣针效大鼠（ＬＲ）为实验对象,用放射免疫分析法,对优／劣针效鼠在电针前和电针期间脊髓灌流液中八肽胆囊收缩素样免疫活性物质的含量进行比较。结果表明,劣针效大鼠电针前及电针期间脊髓灌流液中ＣＣＫ－８水平均高于优针效鼠,且针效与电针期间脊髓灌流液中ＣＣＫ－８的含量呈负相关。以上结果说明,电针期间脊髓ＣＣＫ     

正常及病变组织相位编码三次谐波超声透射成像

提出利用相位编码技术提高生物组织三次谐波超声透射成像中的信噪比, 输出三个相位分别为0°, 120°和 240°的脉冲信号, 并将各自接收信号进行线性叠加. 理论及实验表明: 三次谐波声压提高了9.5 dB, 而基波和二次谐波信号被有效地抑制; 三次谐波的轴向和径向指向性比二次谐波好. 利用相位编码技术对两种正常和病变生物组织进行三次谐波透射法成像, 并与传统单脉冲技术的基波以及二次谐波成像比较, 进一步证明了该技术能增强图像的清晰度和对比度, 提高区分正常和病变组织的能力.     

化学发光探针介导的声动力学肿瘤成像研究

提出一种化学发光探针介导的声动力学肿瘤成像方法. 声敏剂选择性地在肿瘤组织中分布后, 通过超声的敏化作用在肿瘤组织中产生活性氧自由基; 利用活性氧自由基选择性化学发光试剂直接实时地把声敏化过程中的活性氧自由基转化为光子辐射出来, 然后利用光学检测技术进行肿瘤的在体成像. 在体外实验中, 利用可在体使用的化学发光探针FCLA, 对两种声敏剂ATX-70和HpD声动力学反应过程中活性氧自由基的产生进行了直接的实时检测. 在移植了人体肿瘤的裸鼠实验中, 利用这种方法获得了非常清晰的在体诊断图像. 此方法可望在肿瘤的早期临床诊断中得到应用.