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  日前,中國科學院重慶綠色智能技術研究院應用物理研究中心與天津大學合作,在姜黃素對神經細胞生物物理性能影響方面取得新進展,成果發表于美國化學會期刊JournalofAgriculturalandFoodChemistry(2019,67,4273-4279)上。  細胞形態及力學性質是細胞生物物理性能的重要組成部分,開展相關研究對深入認識細胞的生物學功能和生理性狀具有重要的理論和實際意義。姜黃素是一種天然生物活性化學物質,被普遍認為有可能用于預防和防止神經退行性疾病如帕金森癥、老年癡呆癥和中風等,具有重要的臨床醫學意義。然而,關于姜黃素與神經細胞的作用機制研究還很匱乏。  該研究從多角度揭示了姜黃素對神經細胞生物物理性能的影響,結果發現:當姜黃素濃度超過一定閾值,神經母細胞瘤(SH-SY5Y)細胞的活性顯著降低,神經突觸數目減少;由于姜黃素增強了SH-SY5Y細胞骨架的中間絲和微絲結構,減少了細胞表面粘附分子表達,從而導致細胞黏性形變能和粘滯功減少,彈性形變能增加。該研究加深了姜黃素與神經細胞作用機制的認識,為從細胞層次上開展藥物功能研究及篩選提供了新的思路和方法。  近年來,重慶研究院應用物理研究中心運用原子力顯微鏡的活細胞高分辨成像和先進納米力學分析技術等單細胞生物物理研究方法,在相關領域的研究取得系列進展。該研究中心與合作團隊成功建立了單個活細胞近生理環境下的高分辨成像技術,并發展了先進納米力學分析方法,主要成果發表在領域主流期刊上(ACSAppliedMaterials&Interfaces2015,7,13007-13013;Langmuir2017,33,100-106;Chemosphere2017,184,795-805)。  上述系列工作先后得到中科院“西部青年學者(A類)”人才計劃、科技部重點研發計劃(2016YFC0101002)、重慶市腦科學協同創新中心、重慶市高分辨三維動態成像檢測工程技術研究中心的支持。姜黃素對神經細胞形態及力學特性影響的原子力顯微鏡成像與力學檢測分析

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    Cr(VI)離子是一類高毒性離子,可以在很低的劑量下對生物組織造成破壞。利用可見光將高毒的Cr(VI)還原為無毒的Cr(III)是一種有前景的方法,而金屬有機骨架(MOF)作為一類優秀的多孔材料已在光還原Cr(VI)中得到應用。目前研究人員主要是在單組分MOFs中調控金屬離子或有機配體的種類來增強其光催化還原Cr(VI)能力。然而,由于單組分MOFs對Cr(VI)吸附速率/容量低、吸光范圍窄以及光生載流子分離效率差等原因,使得其光還原性能仍然很有限。而多元金屬有機骨架材料因多組分間的協同作用可能是一種提高Cr(VI)光還原能力是一種有效的策略。  近日,中科院福建物構所結構化學國家重點實驗室曹榮和黃遠標團隊在科技部重點研發計劃、國家自然科學基金項目、中科院戰略性先導科技專項、前沿科學重點研究項目及中科院青促會優秀會員項目、國家留學基金委資助下,與日本國立材料研究所葉金花教授合作,將卟啉單元插入到穩定的陽離子型多元MOF材料H2TCPP(I-)Meim-UiO-66中,由于該材料集寬可見光吸收能力的卟啉單元和強Cr2O72-吸附能力的陽離子結構于一體,有效地提高了Cr2O72-的光還原能力,并達到了MOF基材料可見光還原Cr2O72-的最高速率(13.3mgCr(VI)/gcatalyst/min),遠高于傳統MOF光催化劑,包括NH2-UiO-66(0.2mgCr(VI)/gcatalyst/min)和NH2-MIL-125(1.6mgCr(VI)/gcatalyst/min)。結合實驗表征和理論計算,作者提出了多元H2TCPP(I-)Meim-UiO-66對Cr2O72-的光還原機理。此工作表明,充分利用了多元MOF中吸附和光敏性間的協同作用,可以有效提高光催化性能,并為設計更加高效的光催化材料鋪平了道路。上述結果發表在AppliedCatalysisB:Environmental上(2019,253,323-330.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926337319303960),文章第一作者是在讀博士研究生王旭生。  此前,曹榮課題組在系列咪唑嗡鹽功能化陽離子MOF材料中實現了:無需添加任何助催化劑,常壓條件下高效催化CO2與環氧化物反應生成環碳酸酯(Chem.Sci.2017,8,1570;Chem.Commun.,2018,54,342;Chem.Commun.,2019,55,4063;Inorg.Chem.,2018,57,2584;ChemCatChem,2018,10,2036);衍生N/鹵素雙摻雜碳材料高效催化氧還原(Sci.China.Mater.2019,62,671).  (曹榮課題組供稿)

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  雖然,簡單的信息蔓延能從高度連通的“影響者”那里有效地傳播,但近日刊登于《自然—人類行為學》的新研究揭示了另一種信息傳播過程。研究發現普通用戶也可以主導信息的擴散,且導致了不規則的長程擴散路徑,為網絡研究提供了新的視野。  人們普遍認為,朋友多的人能更好地傳播信息,就像社交網絡上,擁有大量粉絲的“博主”可以激發更多人轉發信息。傳統的傳播模型,例如流行病模型,往往反映的是同伴之間的相互作用。但在實際情況中,大多數的轉發來自中心節點,普通用戶之間的交互很少,且信息被普通用戶傳播幾步后就停止了。  北京郵電大學博士王笑塵、教授蘭岳恒和肖井華,分析了新浪微博上1016條新聞的傳播模式。通過追蹤簡單和復雜的信息在網絡上的傳播,研究人員揭示了在線信息蔓延的不同傳播動態。  “由于新浪微博上信息內容和傳播范圍的差異很大,我們困惑于選擇哪些信息作為研究對象,最終決定在每天發布熱點新聞的新聞網站上收集新聞故事標題,觀察其在網絡社交媒體上的傳播過程。”王笑塵告訴《中國科學報》。  研究人員利用符號傳輸熵測量了不同粉絲量級用戶之間的信息流向,從而粗略地將用戶劃分為高影響力用戶(粉絲量大于一定數量級的用戶)和普通用戶。隨后作者發現大部分的信息傳播是由高影響力用戶主導的,普通用戶的影響范圍遠遠小于他們。然而,普通用戶有時也可以主導消息的傳播,且這類新聞的擴散網絡直徑明顯比高影響力用戶主導下的新聞擴散直徑更長,擴散網絡節點間的距離分布呈現非高斯分布,而在高影響力用戶主導下,擴散網絡節點間距離呈現高斯分布。  為了解釋觀察到的擴散特征,研究人員構建了具有異質影響力的傳播閾值模型,作者發現,當普通用戶的影響力較低時,高影響力的用戶起到主要作用,此時擴散網絡呈現中心集聚型,擴散路徑較短,且擴散網絡節點間距離的分布是高斯的。而當新聞具有爭議性時,普通用戶的影響力增加,他們則在擴散中起到了關鍵性作用,此時會導致擴散網絡路徑更長,擴散網絡節點間距離呈現非高斯分布。該模型可以很好地復現數據中所觀察到的擴散模式和擴散結構。

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圖片來源:華中科技大學  華中科技大學教授楊祥良、甘璐團隊及同濟醫學院、中國醫學科學院基礎醫學研究所教授黃波團隊,合作取得抗腫瘤藥物遞送系統重要進展。相關論文5月20日在線發表于《自然—生物醫學工程》。  納米藥物由于具有滲透與滯留增強效應(EPR)、智能響應性、可靶向修飾、不同作用機制藥物共輸運等優勢,在腫瘤精準治療和診療一體化方面受到極大關注。但如何進一步提高抗腫瘤納米藥物的靶向輸送效率和臨床治療效果仍面臨諸多挑戰。  對此,楊祥良團隊近年來提出抗腫瘤納米藥物靶向策略的“五得原則”,即跑得動、停得下、鉆得深、進得去和放得出,并研究發現納米載藥系統的納米特征能影響納米藥物的體內作用過程,最終對其治療效果和安全性產生決定性影響。但納米載藥系統的力學性能的影響及機制未被揭示。  微顆粒是細胞受到刺激或者凋亡時釋放的一種100~1000納米的囊泡結構,由于生物相容性高、免疫原性低、靶向性等特點可用做藥物的載體。黃波課題組已證實腫瘤細胞來源微顆粒負載抗腫瘤藥物,具有良好的抗腫瘤效果,并已應用于臨床。  本研究利用黃波與汪寧課題組開發的軟三維纖維蛋白膠篩選、培養腫瘤再生細胞(TRCs)技術,制備了TRCs來源的微顆粒(3D-MPs)。與普通腫瘤細胞來源微顆粒(2D-MPs)相比,3D-MPs負載不同抗腫瘤藥物及在多種腫瘤模型上均證實其抗腫瘤作用顯著增強。進一步研究發現載藥3D-MPs在腫瘤部位高度富集,多種腫瘤模型(體外3D球模型、皮下瘤模型、腫瘤皮窗模型及斑馬魚腫瘤模型)證實,3D-MPs具有更強的穿透腫瘤血管進入腫瘤深部的能力,且更容易被TRCs攝取。  研究人員表示,與2D-MPs相比,3D-MPs更加柔軟,更易變形,這些結果表明軟硬度直接影響載藥微顆粒的體內作用過程及抗腫瘤作用。該研究揭示了納米藥物的力學特性的深刻影響,為發展抗腫瘤藥物的高效遞送系統提供了新思路。

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  近日,中國科學院深圳先進技術研究院納米調控與生物力學研究室副研究員丁振與中科院院士、北京大學教授方岱寧,美國佐治亞理工學院教授齊航等合作,首次通過一種新型雙固化材料體系與灰度數字光處理相結合的方式,獲得了性能可大幅度調控的3D打印梯度數字材料。該項研究成果以Grayscaledigitallightprocessing3Dprintingforhighlyfunctionallygradedmaterials為題發表在ScienceAdvances上(Sci.Adv.2019;5:eaav5790)。  3D打印作為一種革新性技術,在快速原型制造、生物醫用和組織工程、電子器件、軟體機器人以及超材料制備等領域獲得廣泛應用,然而也正面臨著諸多挑戰,特別是當前的一些3D打印技術基本上只能進行單材料打印。自然界及工程中的許多結構是由性能不同的多材料組成(比如魚鱗和腱骨連接),單材料打印極大地限制了部件在功能和性能上的表現。因而,人們正在積極進行多材料打印的嘗試,但在打印分辨率、界面結合力、復雜形狀精確成型等方面存在缺陷,對于多材料打印也缺乏有效的力學梯度調控。  為解決上述問題,丁振等進一步發展了傳統的數字光處理(digitallightprocessing)3D打印技術,在打印材料、打印方式、成型機理等方面都作了重大改進(如圖1所示)。3D打印聚合物的分子鏈上除了光敏部分還包含熱敏鏈段;灰度數字光處理可以精確調控每一個像素聚合物的交聯程度,進而可調控每一個像素材料的熱機械性能;而隨后的熱固化進一步將這種性能差距擴大。最終每一個像素點的材料彈性模量可從約1MPa到1GPa范圍內調控,玻璃化轉變溫度也可跨越60oC。該研究進一步展示了灰度數字光處理3D打印梯度材料與結構的一系列應用,包括梯度超材料(圖2)、有序變形形狀記憶材料與4D打印、以及擴散輔助著色與加密等。  該研究具有樹脂兼容性非常高(樹脂種類和粘度范圍廣)和設備成本低等優點,更促進了體素打印、4D打印技術的發展,在手術前原型、仿生梯度材料、聲學帶隙材料、梯度超材料等領域具有廣泛的應用前景。匡曉和吳江濤是該論文的共同第一作者,丁振、方代寧和齊航是該論文的共同通訊作者。該研究工作受到國家自然科學基金面上項目(11872369)等的資助。  論文鏈接  圖1:灰度數字光處理3D打印梯度材料。(a)打印樹脂成分和成型原理;(b) 單層曝光(實線)與打印多層曝光(虛線)的反應轉化率沿厚度方向的模型預測值(G0代表最強光,G100代表全暗的最弱光);(c)凝膠轉換率與灰度值的關系(實驗);典型的3D打印數字材料的應力應變曲線(d)與楊氏模量(e);離散(f)與連續梯度灰度(g)材料的彎曲變形(實驗與有限元模擬)。 圖2:灰度數字光處理3D打印梯度超材料的功能性應用。(a)可局部變形的二維柵格結構;(b)負泊松比二維多孔材料;(c,d,e)各向異性的三維柵格結構;(G,J)手術前假肢打印:硬材料模仿骨頭、軟材料模仿肌肉、空心結構模仿血管,不僅可以模仿器官的復雜結構,更能模仿不同組織的軟硬差別。

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  隨著社會經濟發展和生活方式的改變,我國疾病譜發生重大變化,從傳染病為主轉為腫瘤和代謝性疾病等復雜慢性疾病為主。然而,現有絕大多數抗腫瘤藥物的靶向效率較低、且毒副作用較大。同時,由于同種疾病在不同人群中所表達的敏感標志物有所差別,所以治療效果存在較大差異。因此,迫切需要研發以疾病分子分型為基礎,針對敏感人群的精準靶向抗腫瘤藥物。基于神經肽Y1受體在多種腫瘤組織上過表達的特性,中國科學院寧波材料技術與工程研究所所屬慈溪生物醫學工程研究所吳愛國-李娟研究團隊多年來長期從事Y1配體靶向藥物和成像試劑研發,實現了對Y1受體過表達腫瘤的精準治療與成像。近期,該團隊在基于Y1配體的靶向藥物研發方面取得系列進展。  針對納米藥物普遍存在易被肝腎截留的問題,研究團隊通過將Y1配體AP-NPY和自主肽協同作用,在降低巨噬細胞對納米膠束攝取、減少肝腎累積的同時,實現了對乳腺癌的精準靶向磁共振成像與化學治療,顯著延長了荷乳腺瘤裸鼠生存時間;并率先發現Y1配體同時具有腫瘤微環境酸響應的特性,能夠顯著提高載藥納米膠束的體內循環穩定性60%,相關研究成果發表于Biomaterials,2018,170:70-81,并申請了發明專利(2017111061002)。  針對上轉換納米載體生物醫學應用時,粒徑減小導致的上轉換熒光發光效率降低的問題,研究團隊合成了稀土元素摻雜的超小粒徑核-多層殼結構上轉換納米載體,并通過與Y1配體PNBL-NPY結合,成功實現了對荷乳腺瘤裸鼠的體內熒光、磁共振和CT多模態成像及光動力治療,相關研究成果發表于Nanoscale,2018,10:17038-17052,并申請了發明專利(201711173236.5)。  最近,該團隊還將Y1配體與新型可降解ZIF-90載藥系統結合,通過腫瘤細胞內部的ATP和pH雙重響應促進釋放藥物,實現了對三陰性乳腺癌的靶向治療與生存率的提升;該研究還發現ZIF-90載藥系統,較目前報道的ZIF-8載藥系統,具有更好的生物相容性和線粒體靶向性,且易于進行后合成修飾,通過與Y1配體的偶聯顯著提高腫瘤靶向性,相關研究成果發表于Biomaterials,2019,197:41-50,并申請了發明專利(20171209793.8)。  此外,針對目前臨床上絕大部分藥物難以跨越血腦屏障用于腦腫瘤治療的問題,研究團隊通過將Y1配體AP-NPY與載藥納米膠束結合,并通過與中科院自動化研究所田捷-杜洋團隊合作,實現了對原位腦膠質瘤裸鼠的特異性靶向熒光成像與化學治療,提高其治療效果與生存率;并驗證了Y1受體可作為腦膠質瘤新靶點,用于相關疾病的靶向藥物設計研發,相關研究成果發表于Nanoscale,2018,10:5845-5851,并申請了發明專利(201510535764.5)。  為了進一步提高Y1配體藥物對腫瘤的精準靶向性,研究團隊通過與研究員都時禹團隊合作利用國家超級計算機廣州中心“天河二號”超級計算機,設計出了多個新型Y1配體,并在細胞與動物層面驗證了該類配體的高特異性,為下一步Y1配體精準靶向藥物的設計與應用打下堅實基礎。  上述工作已申請國內外發明專利20余項(PCT1項),已獲授權2項(中國1項、瑞士1項),并獲得國家自然科學基(81871411、51303196、U1501501)、國家重點研發計劃“精準醫學研究”專項(2018YFC0910601)、中科院青促會(2017340)、浙江省和寧波市等的支持。圖:Y1配體修飾的[email protected]的合成路徑及其在三陰性乳腺癌的靶向治療中的應用

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