• 2023年第50卷第6期文章目次
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    • 理解运动行为抑制调控的新视角:乙酰胆碱门控氯离子通道受体

      2023, 50(6):1243-1243. DOI: 10.16476/j.pibb.2023.0226

      摘要 (430) HTML (167) PDF 280.07 K (1231) 评论 (0) 收藏

      摘要:Acetylcholine, the first identified neurotransmitter, plays crucial roles in various brain functions. One well-known case is its involvement as an activating neurotransmitter in the regulation of locomotion. However, its inhibitory regulatory role, particularly in locomotion, remains poorly understood. In a study conducted by Polat et al., the authors investigated the inhibitory role of acetylcholine in locomotion in C. elegans. In this organism, the acetylcholine-gated chloride channel receptor consists of four subunits. The authors thoroughly examined the loss-of-function of each subunit in movement regulation. Interestingly, the mutant worms were still capable of performing various movements such as forward, backward crawling, and turning, suggesting that the overall movement was not significantly affected. However, quantitative behavior analysis revealed subtle yet significant differences in the timing and postures of the movement in these mutants. Furthermore, the authors employed optogenetics to stimulate a specific neuron involved in backward crawling and demonstrated that the loss-of-function of the receptors in individual neurons affects the transitioning between locomotion modes.
      This work provides evidence for the inhibitory regulatory role of acetylcholine in locomotion. The loss-of-function of acetylcholine-gated chloride channel receptors likely disrupts the balance of neuronal and circuit physiology, thereby affecting the regulation of locomotion. Moreover, this study highlights the powerful role of quantitative behavior analysis in discovering and understanding more sophisticated functions of neural circuits.

    • 槲皮素通过抑制胞吞增强短时程抑制效应

      2023, 50(6):1244-1244. DOI: 10.16476/j.pibb.2023.0220

      摘要 (548) HTML (170) PDF 297.85 K (1131) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 槲皮素是一种广泛分布于药用植物中的黄酮类化合物,传统被认为具有神经保护作用。在本研究中,我们利用位于大鼠脑干的花萼状突触的突触前神经末梢的进行膜片钳记录,研究槲皮素调控突触传递和可塑性的突触前机制。方法 利用全细胞膜片钳结合膜电容记录,在突触后记录微小兴奋性突触后电流(mEPSC),在突触前神经末梢记录钙內流和神经囊泡的释放、回收以及可立即释放库(RRP)的恢复动力学。并且利用纤维刺激在轴突给予5~200 Hz的刺激,诱发突触后EPSC,记录突触后短时程抑制(STD)。结果 100 μmol/L槲皮素不影响突触后mEPSC的振幅、频率以及AMPA受体的动力学特征。在突触前神经末梢,槲皮素不改变钙内流或囊泡的释放,但显著抑制胞吐后的网格蛋白依赖的慢速胞吞。抑制胞吞会导致突触前囊泡动员的减慢,降低RRP的补充速率,并且增强高频刺激下的短时程可塑性STD。结论 本研究为槲皮素调控中枢神经突触传递提供全新的突触前神经机制,槲皮素有助于抑制中枢神经过度兴奋,进而发挥神经保护作用。

    • >综述与专论
    • 新型冠状病毒感染相关嗅觉障碍的流行现状、机制和康复

      2023, 50(6):1245-1260. DOI: 10.16476/j.pibb.2023.0055

      摘要 (580) HTML (401) PDF 2.94 M (1609) 评论 (0) 收藏

      摘要:新型冠状病毒感染(coronavirus disease 2019,COVID-19),下简称“新冠”,是由严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2,SARS-CoV-2)引发的全球流行传染病。鉴于嗅觉障碍是其主要神经症状,明确相关流行现状、机制和康复对促进公共健康非常重要。文献报道的新冠相关嗅觉障碍的发生率存在差异,与评估工具、人群以及变异毒株3个因素有关。其中,不同毒株之间嗅觉障碍发生率的差异可能源于刺突糖蛋白和侵入方式的变异。在外周嗅觉系统,SARS-CoV-2主要引发嗅裂炎症、支持细胞死亡和宿主免疫反应,而关于SARS-CoV-2入侵中枢的途径和机制仍存争议。部分“长新冠”患者存在持续的嗅觉障碍,SARS-CoV-2诱发慢性炎症反应和对嗅上皮再生的破坏是其潜在的病理基础。根据嗅觉媒介假说,SARS-CoV-2可能借由嗅觉系统影响中枢功能并最终诱发神经退行性变。嗅觉训练、药物等方法可帮助新冠相关嗅觉障碍的康复。

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    • 工程化调节性T细胞调控机体免疫耐受及其生物医学应用

      2023, 50(6):1261-1271. DOI: 10.16476/j.pibb.2022.0576

      摘要 (362) HTML (360) PDF 2.81 M (1320) 评论 (0) 收藏

      摘要:调节性T细胞(Tregs)是一类机体发挥免疫调节功能的T淋巴细胞亚群,能够高效、安全、可控地调节机体免疫,在自身免疫疾病及器官移植术后免疫排斥等炎症疾病的治疗应用中发挥关键作用。然而,治疗脱靶和功能表型不稳定给Tregs的临床应用带来巨大挑战。生物医学工程改造策略不仅能够促进Tregs主动靶向与炎症趋化,还可维持Tregs叉头盒蛋白p3(Foxp3)在炎症环境中的表达稳定性,持续发挥机体免疫调节功能。本文详述Tregs的免疫调节机制,并对生物医学工程化改造的Tregs在自身免疫疾病、器官移植等炎症疾病中的应用进行展望,旨在启发和促进Tregs免疫过继疗法的临床应用研究。

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    • 脂质体递药系统的靶向修饰

      2023, 50(6):1272-1285. DOI: 10.16476/j.pibb.2022.0182

      摘要 (972) HTML (1049) PDF 2.69 M (4719) 评论 (0) 收藏

      摘要:作为药物递送载体,脂质体(LPs)由于免疫原性低、稳定性好、毒性低和成本低而被认为是有前途的纳米药物递送系统。然而,LPs的靶向递送效果并不理想,往往会对正常的机体细胞造成伤害,因此,如何优化LPs药物,使其具有靶向性仍然是当前研究的重点。本文结合近年来国内外相关研究进展,重点介绍了多肽、抗体、糖类、配体,以及核酸适配体等靶向修饰物对LPs功能的影响,并归纳总结了各种靶向修饰目前存在的优势与挑战,以期对LPs给药系统的进一步研究提供科学参考及新药研发提供理论依据。

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    • 细胞铁死亡的形态学特征及相关疾病治疗

      2023, 50(6):1286-1295. DOI: 10.16476/j.pibb.2022.0287

      摘要 (1134) HTML (1195) PDF 2.83 M (2036) 评论 (0) 收藏

      摘要:铁死亡是一种铁依赖的脂质过氧化产物积累引发的细胞死亡,与细胞凋亡、程序性坏死等同属受调控的细胞死亡方式,参与多种疾病的发生、发展,如脑卒中、神经退行性疾病、癌症等。通过调控铁死亡来干预疾病的发生发展,已成为目前研究的热点和焦点。大量研究表明,铁死亡与已知的其他细胞死亡类型在形态学方面存在着较大的差异。本文重点就铁死亡形态学特征与其他形式的细胞死亡进行比较,以期更加准确地认识铁死亡和其他形式的细胞死亡,为临床病理学鉴别、诊断提供重要依据。

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    • 人为噪声对动物的非听觉影响

      2023, 50(6):1296-1307. DOI: 10.16476/j.pibb.2022.0298

      摘要 (553) HTML (279) PDF 1.02 M (1850) 评论 (0) 收藏

      摘要:噪声在环境中广泛存在,城市化的迅速发展也使野生动物接触到人为噪声的机会增大。越来越多的证据表明,人为噪声在许多方面影响着人类的健康以及野生动物的生存。对这些研究进行总结发现,噪声会改变动物的生理状态,使其处在较高的应激水平,进而影响动物的抗氧化能力和免疫能力,甚至使雏鸟的端粒缩短。人为噪声的存在还会影响动物的学习和认知能力,干扰动物觅食、交流等行为。这些因素累积就可能会降低动物后代的存活率,改变物种丰度,对动物的生存造成威胁。对人为噪声带来的非听觉影响的研究,有助于更全面地了解噪声的潜在危害,采取更为积极的缓解应对措施。

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    • 基于微流控芯片的细胞-细菌相互作用光电检测技术

      2023, 50(6):1308-1318. DOI: 10.16476/j.pibb.2022.0267

      摘要 (399) HTML (171) PDF 8.03 M (1648) 评论 (0) 收藏

      摘要:细胞/细菌及其相互作用研究对于生命科学、药物研发、医学诊疗等领域的研究具有重要意义。微流控芯片分析技术因微环境可控、生物相容性好、检测并行性、微型化等特性,正发展成为细胞/细菌及其相互作用研究的高效手段。本文在简要介绍基于微流控芯片分析技术的细胞-细菌分析方法和技术基础之上,对微流控芯片上细胞-细菌相互作用模型的建立进行了讨论,重点针对细胞-细菌及其相互作用过程的芯片检测进行了综述,尤其对芯片集成的光电检测技术及其测试效果进行总结和比较。通过芯片集成微流体控制、多种光电传感监测模块,使微流控芯片分析技术成为细胞/细菌及其相互作用过程分析和检测的支撑平台和优势手段。最后,对微流控光电检测技术在细胞-细菌相互作用检测中面临的挑战及发展趋势进行了讨论和展望。

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    • 基于分子印迹技术的细菌传感检测

      2023, 50(6):1319-1329. DOI: 10.16476/j.pibb.2022.0286

      摘要 (451) HTML (196) PDF 2.73 M (1442) 评论 (0) 收藏

      摘要:分子印迹因其材料结构的稳定性及靶标物识别的特异性而被广泛应用于生化分离分析的相关领域。近年来,将具有选择性捕获、分离和富集靶标物等优势的分子印迹技术与生化传感检测技术有机结合,是目前细菌等微生物高效检测领域备受关注的研究热点。本文就分子印迹技术在细菌分析中的印迹方法、分析检测技术和典型应用等方面的最新进展进行综述。首先介绍了细菌分子印迹原理,对表面印迹的材料以及直接压印、间接印迹和电聚合等制备方法进行了总结和归纳;重点对基于荧光、电化学、石英晶体微天平(QCM)等检测模式的细菌印迹传感监测在细菌分析检测及其与微流控芯片技术耦合的应用和进展进行了综述;最后,提出了存在的挑战及发展的趋势。

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    • 非侵入性脑刺激应用于创伤后应激障碍和物质滥用障碍的记忆干预

      2023, 50(6):1330-1343. DOI: 10.16476/j.pibb.2022.0268

      摘要 (373) HTML (260) PDF 776.58 K (1160) 评论 (0) 收藏

      摘要:记忆是进行思维、想象等高级心理活动的基础,是累积经验、促进个体生存的重要功能。然而,创伤后应激障碍和物质滥用障碍具有某种非适应性记忆过强的特征,不利于个体生存。因此,以病理性改变的记忆为靶点,通过削弱或更新非适应性记忆,可以达到缓解症状甚至治愈的目的。记忆并非是对经验的刻板记录,而是对经验不断更新整合的过程,因此记忆有被干预的可能。记忆的再次激活可能会诱发记忆消退和再巩固,这为记忆相关精神疾病的干预提供了思路和启发。非侵入性脑刺激(noninvasive brain stimulation,NIBS)技术作为一种时间、空间分辨率较高的无创神经调控技术,近年来开始被结合运用到记忆干预研究中。不同刺激参数的NIBS(如频率、极性,以及受刺激区域的初始神经激活状态)应用于特定大脑皮质区域,可以调节神经可塑性,增强或降低靶点脑区的兴奋性,从而削弱或增强行为表现,实现记忆消退增强或在再巩固时间窗内干预记忆。本文首先介绍了记忆相关的脑功能基础研究与局部脑区干预方案的理论联系,继而回顾了近年来NIBS与记忆干预相结合应用于创伤或物质滥用相关障碍的临床干预研究,为精神疾病临床诊疗提供理论依据和启发。

    • 脂肪因子在糖尿病认知功能障碍中的调控作用及运动干预机制

      2023, 50(6):1344-1360. DOI: 10.16476/j.pibb.2022.0109

      摘要 (332) HTML (471) PDF 2.10 M (1406) 评论 (0) 收藏

      摘要:糖尿病认知功能障碍指糖尿病患者伴有认知功能损伤,是一种常见的糖尿病并发症,尤其高发于老年2型糖尿病患者。研究表明,脂肪组织分泌的细胞因子,如脂联素(adiponectin,APN)和瘦素(leptin,LEP)等不仅能够调节能量代谢,还与糖尿病认知功能障碍的发生发展密切相关,可能作为糖尿病相关认知功能障碍的生物标志物。APN和LEP能够穿过血脑屏障进入大脑,通过结合神经元或神经胶质细胞(如小胶质细胞和星形胶质细胞)上的受体,激活或抑制胞内下游的p38 MAPK、AMPK、ERK、JAK2/STAT3、PI3K/AKT和SIRT1/PGC-1α等信号通路,调节海马神经发生、突触可塑性、神经炎症、氧化应激和神经元凋亡等生理进程,进而调控认知功能。重要的是,APN和LEP还可能作为运动改善糖尿病认知功能障碍的重要介质。通过剖析APN和LEP与糖尿病认知功能障碍之间的关系,梳理APN和LEP调控认知功能的潜在生物学机制,探讨运动介导APN和LEP改善糖尿病认知功能障碍的可能机制,旨在为进一步丰富“脂-脑”crosstalk理论体系,制定并完善糖尿病认知功能障碍的诊疗策略开拓思路。

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    • 神经元轴突生长的力生物学

      2023, 50(6):1361-1370. DOI: 10.16476/j.pibb.2022.0303

      摘要 (394) HTML (499) PDF 2.94 M (1485) 评论 (0) 收藏

      摘要:神经系统作为一个复杂的体系,在其发育过程中轴突需要延伸较长的距离才能与下一级神经元或靶细胞形成突触。在这个复杂的移动过程中,神经元轴突在空间分布上形成了精确有序的结构。过去认为这种有序结构的形成主要由形态发生素的化学浓度梯度来指导,而最近的研究发现力学因素对调控轴突的延伸速度与方向发挥着重要的作用。因此,轴突的延伸本质上是一个力化学耦合过程。本文将结合自己过去的工作论述力学因素对轴突延伸的调控机制及相关的信号转导。这一领域的研究将为认识对神经系统疾病的发生以及神经再生提供重要的参考。

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    • 节律性听觉刺激下的神经振荡同步化及其应用

      2023, 50(6):1371-1380. DOI: 10.16476/j.pibb.2022.0266

      摘要 (566) HTML (496) PDF 875.80 K (2072) 评论 (0) 收藏

      摘要:大脑的感觉、情绪、认知等功能与其神经振荡模式有密切的联系。通过施加节律性刺激可以调控大脑的神经振荡模式,进而影响个体感受、情绪状态和认知功能等。与近年来常见的非侵入性电刺激和磁刺激相比,同样依赖于外部刺激输入的节律性感觉刺激具有成本低、易操作等优点,被认为是一种极具潜力的神经调控手段。本文以节律性听觉刺激为例,系统综述了不同类型的节律性听觉刺激如何影响大脑的神经振荡模式,进而影响相关状态和功能;并通过总结外部节律性听觉刺激对个体感知觉、情绪与认知功能的影响,讨论其生理机制和应用前景。

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    • >研究快报
    • 乙酰胆碱门控氯离子通道受体突变影响秀丽线虫运动学和运动状态转换

      2023, 50(6):1381-1390. DOI: 10.16476/j.pibb.2023.0146

      摘要 (375) HTML (295) PDF 1.81 M (1302) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 乙酰胆碱作为一种高度保守的神经递质,在动物的运动行为调控中起着至关重要的作用。乙酰胆碱信号转导异常可导致多种运动功能障碍。然而,乙酰胆碱在运动行为中的抑制性调控机制尚未完全清楚。本文以秀丽隐杆线虫为研究对象,探究乙酰胆碱门控氯离子通道受体亚基(ACC-1、ACC-2、ACC-3、ACC-4)在运动行为中的调控作用。方法 通过将运动追踪、分子遗传学和光遗传学技术相结合,对乙酰胆碱门控氯离子通道受体亚基突变线虫的运动进行分析。结果 研究发现,这些亚基突变会影响线虫前进、后退和转向运动的运动学特征,并且前进过程中线虫身体弯曲幅度也发生了变化。在这些突变线虫的后退过程中光激活RIB中间神经元会导致后退运动延迟终止。结论 这些结果提示,乙酰胆碱门控氯离子通道亚基的调控作用对于维持和调节秀丽隐杆线虫运动状态是必需的。同时,这些亚基可能参与介导RIB中间神经元在秀丽隐杆线虫后退运动中的抑制性调控。本研究为理解乙酰胆碱门控抑制性受体在运动行为中的调控机制提供了新的思路。

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    • 槲皮素抑制中枢神经突触前兴奋性依赖的胞吞动力学

      2023, 50(6):1391-1402. DOI: 10.16476/j.pibb.2023.0191

      摘要 (450) HTML (169) PDF 3.73 M (1220) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 槲皮素是一种广泛分布于药用植物中的黄酮类化合物,传统被认为具有神经保护作用。本研究利用位于大鼠脑干花萼状突触的突触前神经末梢进行膜片钳记录,研究槲皮素调控突触传递和可塑性的突触前机制。方法 利用全细胞膜片钳结合膜电容记录,在突触后记录微小兴奋性突触后电流(mEPSC),在突触前神经末梢记录钙內流和神经囊泡的释放、回收以及可立即释放库(RRP)的恢复动力学。并且利用纤维刺激在轴突给予5~200 Hz的刺激,诱发突触后EPSC,记录突触后短时程抑制(STD)。结果 100 μmol/L槲皮素不影响突触后mEPSC的振幅、频率以及AMPA受体的动力学特征。在突触前神经末梢,槲皮素不改变钙内流或囊泡的释放,但显著抑制胞吐后网格蛋白依赖的慢速胞吞。抑制胞吞会导致突触前囊泡动员的减慢,降低RRP的补充速率,并且增强高频刺激下的短时程可塑性STD。结论 本研究为槲皮素调控中枢神经突触传递提供全新的突触前神经机制,槲皮素有助于抑制中枢神经过度兴奋,进而发挥神经保护作用。

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    • >研究报告
    • 柯萨奇病毒B组5型非结构蛋白抑制NF-κB信号通路的作用机制研究

      2023, 50(6):1403-1410. DOI: 10.16476/j.pibb.2022.0329

      摘要 (351) HTML (235) PDF 1.57 M (1377) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 柯萨奇病毒B组5型(CVB5)是手足口病的重要病原体之一,可导致发热、皮疹或疱疹等临床症状,重症者出现神经系统疾病,甚至死亡。天然免疫应答是机体抗病毒入侵的第一道防线,其中核因子κB(NF-κB)是宿主天然免疫反应中的重要蛋白质,然而关于CVB5感染后调控NF-κB介导信号通路的研究尚鲜有报道。方法 本研究通过检测启动子活性、促炎因子水平以及通路中关键蛋白表达等,阐明CVB5对NF-κB信号通路的调控作用机制。结果 CVB5感染可抑制促炎因子表达和p65的磷酸化。CVB5非结构蛋白(NSP)可抑制促炎因子表达以及重要蛋白p65和IκBα的磷酸化。经STRING11.1数据库预测表明,CVB5 3CD蛋白与宿主多聚胞嘧啶结合蛋白1(PCBP1)具有相互作用,且PCBP1可促进IκBα和p65的磷酸化,抑制病毒复制。结论 CVB5 NSP可负调控NF-κB信号通路,且与3CD相互作用的PCBP1蛋白可通过调控NF-κB通路抑制CVB5复制。本研究探索病毒与宿主天然免疫应答的调控作用,从而为研制抗CVB5感染的药物提供作用靶点。

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    • O2-芋螺毒素Tx7.29抑制钙通道电流及镇痛活性研究

      2023, 50(6):1411-1420. DOI: 10.16476/j.pibb.2022.0326

      摘要 (263) HTML (119) PDF 4.28 M (964) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 海洋肉食性软体动物芋螺的毒液是生物活性多肽的一个宝贵来源。这些活性多肽大多是富含二硫键的神经毒素,通常称为芋螺毒素。在本研究中,发现了一个全新的O2超家族芋螺毒素Tx7.29,通过对其进行功能研究,期望发现新的镇痛药候选物。方法 从织锦芋螺毒管cDNA文库中克隆得到Tx7.29的cDNA序列。通过化学合成,制得了Tx7.29的成熟肽,并通过质谱鉴定了其分子质量。通过膜片钳实验和动物实验确定Tx7.29的生物学功能。结果 Tx7.29的cDNA序列编码了一个包含68个氨基酸残基的芋螺毒素前体,由19个残基的信号肽、28个残基的前片段和22个残基的成熟肽组成。圆二色谱分析表明,β转角和反平行片层是Tx7.29二级结构中的主要组分。通过膜片钳实验发现,Tx7.29可以显著抑制大鼠背根神经节细胞的钙通道电流,但对钠电流和钾电流没有明显作用。在小鼠热板疼痛试验中,从0.5到4小时,Tx7.29以剂量依赖性的方式,增加了试验小鼠的热板潜伏时间。Tx7.29对ND7/23细胞无明显细胞毒性。结论 Tx7.29有望成为一种镇痛药物先导化合物,同时它的发现也扩大了O2-芋螺毒素的作用范围。

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    • γ-PGA/HEMA/PEG聚合物晶胶支架修复兔眼眶骨折缺损的实验研究

      2023, 50(6):1421-1433. DOI: 10.16476/j.pibb.2022.0309

      摘要 (248) HTML (105) PDF 7.30 M (1149) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 近年来,眶骨骨折发生率逐年增加,其治疗关键旨在修复缺损的眶骨,聚(γ-谷氨酸)/2-羟乙基甲基丙烯酸酯/聚(乙二醇)(γ-PGA/HEMA/PEG)聚合物晶胶是一种具有互连多孔结构的新型支架材料,研究旨在检验其在眼眶骨折缺损修复中的骨修复效果。方法 采用低温凝胶技术制备了γ-PGA/HEMA/PEG聚合物晶胶。制备了兔的眼眶骨缺损模型,根据植入支架材料的不同分为3组,空白对照组、聚合物晶胶组(Gel组)、矿化聚合物晶胶组(M-gel组)。植入后8周和16周标本取材进行大体观察,通过影像学和组织学检查观察其血管生成和成骨效果。结果 影像学检查结果表明,支架材料能有效促进眶骨缺损的修复,缺损区被骨组织完全替代。组织学结果表明,支架材料可以增加Runt相关转录因子2(Runx-2)、碱性磷酸酶(ALP)、骨桥蛋白(OPN)和血小板内皮细胞黏附分子1(CD31)的表达,这表明支架材料植入后血管生成和成骨能力增强。结论 矿化聚合物晶胶是一种良好的眼眶骨折缺损修复的支架材料。

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    • 多层生物介质传感器的特性研究

      2023, 50(6):1434-1442. DOI: 10.16476/j.pibb.2022.0305

      摘要 (220) HTML (121) PDF 3.00 M (958) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 多层生物介质的生物传感器被广泛应用于各大领域,其检测特性对于传感器优劣的评估尤为重要。本文目的在于量化表征多层生物介质的电学特征。方法 基于生物电阻抗谱技术来探究多层生物介质的电化学阻抗谱特性,并结合保角映射的方法来量化表征多层生物介质,阐明其对阻抗的影响规律,继而为生物传感器的研制与开发提供理论基础。有效提取各生物介质层修饰后电阻抗参数(Z*),从而量化表征多层生物介质层的电阻抗谱特性。结果 对多层模型进行了理论计算并构建了相关试验测试系统,研究结果表明,随着生物介质层的逐步修饰,检测区域电阻抗参数(Z*)在f=0.1~ 50 MHz下持续上升,理论计算结果趋势与试验结果趋势较好吻合,论证了此理论计算方法的正确性。结论 本文证实了可根据生物电阻抗谱和保角映射方法量化表征多层生物介质的电阻抗谱特性,对生物传感器的研制与开发有一定的实用价值。

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    • 神经肌肉电刺激下小腿肌肉的电学特性研究

      2023, 50(6):1443-1453. DOI: 10.16476/j.pibb.2022.0327

      摘要 (449) HTML (171) PDF 3.96 M (1649) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 采用电阻抗成像(electrical impedance tomography,EIT)方法研究神经肌肉电刺激(neuromuscular electrical stimulation,NMES)下小腿肌肉的电学特性,旨在将EIT作为一种长期监测方法,从而可视化NMES训练对人类小腿肌肉的训练效果。方法 16名实验对象被随机分配到对照组(control group,CG,n=8)和最佳电压强度的NMES训练组(optimal voltage intensity training group,OG,n=8)。对照组保持正常生活方式并不进行NMES和其他的肌肉训练;NMES训练组中使用商业NMES设备对实验对象右小腿进行23 min的NMES训练,每周3次,为期5周。应用EIT测量在每周一训练开始前的电导率分布。并且采用生物电阻抗分析(bioelectrical impedance analysis,BIA)方法测量右腿细胞外含水量与身体总含水量的比率(ECW/TBW)βrl,及身体总含水量(TBW)τ。为了量化NMES在肌肉训练过程中的作用,使用配对样本t检验分析EIT重建图像的空间平均电导率<σ>和BIA测量的βrlτ结果 对照组实验对象,右小腿肌肉电学特性及右腿细胞外液体积及身体总含水量与第1周无明显变化。然而,NMES训练组实验对象,右小腿肌肉M1肌肉隔室空间平均电导率<σ>M1及右腿细胞外液体积βrl与第1周相比有相同的增长趋势。结论 连续5周的EIT测量结果显示,NMES训练引起被刺激肌肉隔室空间平均电导率<σ>M1的增加,且第2周<σw2>M1增加最为明显,之后第3、4、5周相较于上一周均有增加但幅度明显小于第2周,这意味着肌肉纤维体积在第2周已发生明显增加,发生肌浆肥大现象,之后受试者逐渐适应NMES训练,肌肉生理响应变慢但仍在持续增长。因此,EIT能够作为一种长期监测方法有效评估NMES训练增加人类小腿肌肉纤维体积的效果。

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    • 虚拟视觉刺激引起幼年斑马鱼捕食行为放弃的研究

      2023, 50(6):1454-1465. DOI: 10.16476/j.pibb.2022.0318

      摘要 (374) HTML (192) PDF 4.73 M (1292) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 当动物重复某种行为以逃避危险或获取奖励而无法成功时,会产生放弃。放弃是一种常见且基本的行为,在小鼠等模式动物中已经被广泛研究,但是其部分神经机制仍未被阐明。幼年斑马鱼适合进行全脑光学成像,是神经科学领域的重要模式生物。已经有研究者通过持续电击等消极刺激诱发斑马鱼放弃行为,然而奖励刺激能否引起斑马鱼放弃尚无报道。本文对奖励刺激引起的斑马鱼放弃行为进行了探究。方法 通过给予斑马鱼虚拟的食物视觉刺激,检验斑马鱼对虚拟食物的捕食情况,比较斑马鱼捕食频率和单次捕食时长随时间的变化。结果 虚拟的食物视觉刺激可以引起斑马鱼的捕食行为,接受25 min虚拟刺激后,8日龄以上斑马鱼的捕食频率和单次捕食时长均出现显著下降。结论 此研究丰富了斑马鱼放弃行为的研究范式,实验结果表明,缺失真实奖励的虚拟食物刺激可以诱导斑马鱼放弃捕食行为,这将进一步加深对动物放弃行为的理解,推动对其神经机制的研究。

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    • 纳米狭缝中Aβ蛋白构象变化的间距作用

      2023, 50(6):1466-1472. DOI: 10.16476/j.pibb.2022.0365

      摘要 (255) HTML (282) PDF 3.75 M (1209) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 金属表面对蛋白质分子具有吸附作用,然而在纳米尺度内,蛋白质分子构象受到狭缝的间距作用尚未明确。本文通过在分子动力学模拟中建立不同间距的金原子层,研究纳米级金属狭缝中蛋白质分子构象变化。方法 使用GOIP-CHARMM力场在Au (111) 金原子界面间对Aβ1-42蛋白单体进行分子动力学仿真,研究无狭缝的水溶液环境下和由5.0、5.5以及8.5 nm狭缝结构与Aβ蛋白相互作用及蛋白质构象变化。结果 当金狭缝结构间距从5.0 nm增加到8.5 nm,Aβ蛋白分子与两侧金层相互作用可由单表面吸附、双表面吸附过渡到无吸附。结论 Aβ蛋白分子在金狭缝结构中与表面发生相互作用,随狭缝间距和蛋白质分子距界面距离的变化,蛋白质分子的状态可能表现为单表面吸附、双表面吸附和无吸附3种状态。

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    • >技术与方法
    • 组织透明化三维显示全包埋耳皮肤神经血管网

      2023, 50(6):1473-1479. DOI: 10.16476/j.pibb.2022.0275

      摘要 (401) HTML (156) PDF 3.56 M (1195) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 结合组织学染色技术和组织透明化策略研究耳部皮肤中神经纤维和血管的空间对应关系。方法 将耳廓前面和后面的皮肤从其中间软骨仔细剥离,然后直接分别用蛋白基因产物9.5(PGP 9.5)和鬼笔环肽对耳部皮肤的神经纤维和血管进行免疫荧光染色并进行组织透明化处理。随后,以全包埋方式将耳皮肤组织裱贴在载玻片上用于荧光显微镜和共聚焦显微镜观察。结果 本研究显示PGP 9.5阳性神经纤维伴随鬼笔环肽标记的血管一道从耳廓的基部走行到其外围区域形成耳廓的神经血管网。在传统的免疫荧光染色技术基础上,后续的组织透明化技术可以更好地展示耳部皮肤中神经纤维和血管的形态学细节。结论 从方法学的角度来看,组织透明化技术增进了耳部皮肤中免疫荧光标记的可视性,它可能成为有效的技术手段用于解析正常和病理状态下耳部神经血管网的空间结构。

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    • 体外循环血栓非侵入在线电阻抗成像方法

      2023, 50(6):1480-1488. DOI: 10.16476/j.pibb.2022.0255

      摘要 (258) HTML (199) PDF 3.62 M (1147) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 在体外循环系统中,血栓的在线检测和可视化具有重要意义。本文提出了基于电阻抗成像(EIT)的体外循环血栓非侵入在线检测方法。方法 首先通过联合仿真研究了传感器尺寸对成像效果的影响。其次,根据仿真结果设计了直径为20 mm的16铜质电极EIT传感器,搭建了循环流动实验平台,并设计了静态和循环流动实验。使用尺寸为3~6 mm的猪血块代替血栓,将血块置于新鲜猪血样本中,采用Tikhonov正则化算法进行成像。将3 mm和5 mm的血块分别置于循环系统中,重建血块在传感器截面的大小和位置图像,并与高速相机拍摄结果进行对比。结果 仿真结果显示当目标物与传感器面积比(AR)不小于0.01时,传感器直径为20 mm和30 mm对应的图像相关系数(IC)均大于0.06,成像效果较好。静态成像结果显示,相对尺寸覆盖率误差(RCR)小于等于0.1。循环流动实验显示,血块经过传感器时,检测到归一化后的相对电导率变化值分别为80和200,结果显示该方法能够检测到循环系统中的血块。结论 该方法具有实时性和非侵入的优点,有望应用于体外血栓的检测。

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    • 基于拉曼技术的单细胞生长检测方法

      2023, 50(6):1489-1496. DOI: 10.16476/j.pibb.2022.0311

      摘要 (370) HTML (198) PDF 9.59 M (1085) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 单细胞生长检测可以更加科学地揭示微生物代谢变化的规律,为后期微生物工程应用提供指导。针对微生物生长应用于食品安全期和最佳食用期的精准检测问题,本文提出一种基于拉曼技术的单细胞生长检测方法。方法 首先,通过同步培养实验采集了枯草芽孢杆菌两个批次共900个单细胞拉曼光谱(SCRS)数据,其中600个用于训练和测试,另一批次300个用于模型验证。其次,基于主成分分析的特征关系矩阵,提出CP-SP特征评估方法以筛选SCRS特征用于模型检测。再基于XGBoost构建检测模型,并应用网格搜索和交叉验证对检测模型进行调优。最后,应用混淆矩阵、ROC曲线评估模型对细胞滞后期、对数期和稳定期的检测准确率、敏感性和特异性。结果 选用CP-SP筛选的第一、第二和第四主成分较特征贡献率前3个主成分的分类性能提高了3.1%,调优后的细胞生长检测模型测试准确率为96.0%,验证准确率为92.3%。结论 基于拉曼技术的单细胞生长检测方法能准确识别单细胞生长状态且具有较高的泛化能力,可为食品安全和保鲜制定精准调控机制提供科学指导。

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