NADH(还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)自1962年被发现至今已有五十多年了, 在此期间, 运用NADH及其相关技术进行医疗诊断与医学检测的方式不断发展, 领域也不断扩大。从当前的研究成果来看, NADH因为其独有的性质在现代医学诊断与检测领域发挥了极大的作用, 如实时、无损地监测脑部的活动; 清晰、有效地识别不同种类的脑组织; 抗细胞辐射损伤; 抗辐射诱导的细胞凋亡; 进行人体内的诸多平衡调节及人体生物钟调节等。本文将重点介绍在重要领域中的NADH研究和应用的突破。

细胞内的pH是细胞内多种酶活性和生理活动的重要调节因素, 准确、动态的监测细胞内pH变化对研究细胞内的活动至关重要。一些荧光小分子可以感应pH的变化, 同时具有较高的灵敏度和特异性, 对细胞损伤较小且标记操作简单, 已逐渐发展成为一种监测细胞内pH变化的有效方法。本文主要介绍目前常用pH敏感的荧光探针及其在活细胞研究中的进展。

弹性是一种描述物质物理意义的重要参数, 在描述物质在热力学和动力学的变化过程中有着重要的意义。在医学上, 弹性的变化往往和病变联系在一起。然而, 绝大多数生物组织在他们的力学特性上所表现出的复杂性并不是弹性模量一项参数就可以完全表述的, 在对于他们的粘弹性表征和流变学行为的描述中, 粘滞性往往和弹性一样的重要。现在被广泛用来对生物组织机械特性表征的成像技术是弹性成像, 其基本原理是给组织施加一个激励, 组织会产生一个响应, 而该响应的分布结合技术的处理方法, 可以反映出其弹性模量等力学属性的差异。本文介绍了生物组织常见的弹性成像方法: 超声弹性成像, 磁共振弹性成像以及光学相干弹性成像; 详细阐述了新发展起来的技术-光声弹性成像和光声粘弹成像, 并讨论分析其应用前景。

报道了一种非接触、宽频带、联合微型激光器和低相干迈克尔逊干涉仪的全光学光声显微镜(BD-AO-PAM)、光学相干层析系统(OCT)的硬件用于光声信号的检测。目前全光学光声显微镜可检测到的带宽为67 MHz, 用碳纤维测得系统的横向分辨率可以达到10.8 μm。进一步的, 利用包埋头发丝的模拟样品和在体小鼠耳朵血管来验证系统的成像能力。实验结果表明, 这种全光学光声显微镜可以在体的实现组织高分辨率的成像, 有望成为一种便携式非接触的光声显微镜应用于生物医学当中。

阿尔兹海默尔症(Alzheimer’s disease, AD)随着世界人口老龄化的形势严峻, 目前成为一种严重威胁老年人身体健康的疾病之一, 探究其发病机制以及如何治疗已经刻不容缓。低功率激光照射(low-power laser irradiation, LPLI)作为一种无损伤的新型物理疗法, 能调节机体的多种生物学功能, 为AD提供一种潜在的治疗方法。我们发现: 低功率激光照射可以缓解β-淀粉样蛋白(β-amyloid peptide, Aβ)引起的神经元细胞毒性及细胞死亡, 并且可以改善树突萎缩, 缓解突触功能性紊乱, 为神经元细胞提供保护作用。这一研究将为低功率激光照射治疗阿尔兹海默症在临床上的应用奠定基础。

肿瘤单一药物化疗的效果往往达不到理想的肿瘤治疗效果, 且容易导致耐药。因此, 肿瘤的药物化疗与其他的抗肿瘤治疗方法, 如光热治疗和光动力治疗等, 联合治疗具有明显优势, 并受到越来越多的关注。本工作构建了一种还原性响应的新型智能纳米体系,采用喜树碱聚前药两亲分子(PEG-b-PCPTM)物理包埋光敏剂吲哚箐绿(ICG)。在肿瘤细胞的还原性微环境中, 控制释放化疗药物喜树碱, 激活化疗; 同时, 光敏剂ICG用于光动力治疗, 从而实现化疗与光动力的联合治疗, 表现出良好的抗肿瘤活性。

多人同步交互式记录是认知神经科学的一种新的研究范式, 它可以揭示两个或多个个体的大脑间在社交情境下神经活动的耦合。这一目标仅靠单个大脑活动的记录与测量是无法实现的。功能性近红外光谱成像在进行多人同步交互记录研究中有独特的优势。该方面的研究已经涵盖了社会认知神经科学的多个领域。本研究使用近红外光谱成像对社交情境下自我表露的双人大脑前额皮层的活动进行交互式测量, 并使用小波相关来分析双人大脑互动时的神经同步性。研究结果表明在进行社交对话时, 被试对的大脑间左侧额中回、右侧眶额皮层和右侧额下回下部的活动同步性显著增强。共情能力与社交情境下脑间同步性的强度呈正相关, 这种关系主要体现在右侧额下回。本研究支持了采用近红外光谱成像技术研究多人同步交互记录大脑间神经耦合的可行性和有效性。

研究了皖麦50及 60Co-γ射线诱发的Glu-1A突变体的比较蛋白质组学, 结果表明, 突变体蛋白质含量增加, 2-D电泳图上有11个蛋白质斑点表达差异显著, 其中3个蛋白点上调, 8个蛋白点下调。经MALDI-TOF/TOF质谱鉴定, 差异蛋白点涉及44个蛋白质。通过GO分析, 参与生物过程的差异蛋白中, 18个蛋白质参与代谢过程, 18个蛋白质参与细胞过程, 8个蛋白质参与刺激响应。参与分子功能差异蛋白中, 18个蛋白质参与催化活性, 10个蛋白质参与链结, 7个肽段为分子功能调解剂, 9个肽段为未知蛋白。参与细胞成分的差异蛋白中, 12个蛋白质为胞外区蛋白, 12个蛋白质为细胞, 9个蛋白质为细胞器, 2个蛋白质为膜, 9个蛋白质为未知蛋白。KEGG通路注解表明, 差异蛋白质中, 4个蛋白质参与淀粉和蔗糖代谢, 3个蛋白质参与氨基糖和核苷酸糖代谢, 1个参与丙酮循环, 1个参与半胱氨酸和甲硫氨酸代谢, 1个参与丙酮酸代谢, 1个参与乙醛酸和二羧酸代谢, 1个参与光合生物碳固定, 1个参与碳代谢信息通路。

用60Co-γ射线对3个豇豆品种(天畅9号、詹豇215、早生王)干种子进行200 Gy、400 Gy、600 Gy、800 Gy和1 000 Gy辐照处理, 研究不同剂量对豇豆M1代生长发育的影响。结果表明: 低剂量下效应不明显, 高剂量对生育进程有延后和抑制作用, 发芽势、发芽率、出苗率、生长速率及叶绿素含量下降, 叶片变小, 分枝数、有效花梗数、结荚数减少; 豇豆不同品种对γ射线敏感性不同, 天畅9号、詹豇215、早生王的半致死剂量分别为234 Gy、490 Gy、553 Gy。

TALEN(transcription activator-like effector nuclease)打靶是一种定向敲除基因技术, 利用该技术能解决目前在斑马鱼体内难以进行基因敲除的难题。Klhl31是本实验室鉴定的人类心脏发育候选基因, 且目前国内外尚无斑马鱼Klhl31敲除品系。为了在斑马鱼的整体水平鉴定Klhl31的生物学功能, 我们利用TALEN打靶技术建立斑马鱼Klhl31基因敲除品系。酶切验证的结果显示, 注射了TALEN表达质粒的胚胎在酶切位点处发生了基因突变, 该突变破坏了酶切位点导致酶切出现阳性结果, 证明了TALEN打靶的有效性。对F0代突变体成鱼的筛选过程中, 经酶切验证, 同样出现了阳性结果。这些结果说明用TALEN这种技术成功敲除了斑马鱼Klhl31基因, 获得了Klhl31基因敲除的嵌合体斑马鱼。

本文研究了甘油及甲醇补料策略对重组毕赤酵母细胞生长及猪α-干扰素(pIFN-α)表达的影响。结果表明, 甘油采取不同的补料策略, 以及甲醇浓度控制于不同水平时, 细胞生长速度不同, pIFN-α抗病毒活性水平也明显不同。高密度发酵阶段, 甘油采用指数方式流加控制时, 相较于40 g/L/h、10 g/L/h, 恒速流加组的细胞浓度最先达最高水平132 g/L, 后一直保持稳定, 且发酵液中几乎无残留甘油; 与之相应的pIFN-α抗病毒活性水平最高。诱导表达阶段, 甲醇浓度须控制并恒定于12 g/L时, pIFN-α抗病毒活性最高水平能达到5.95×106 IU/mL, 而当甲醇浓度稳定于3.5 g/L、16.0 g/L、或者浓度波动较大(10.2～13.8 g/L)时, pIFN-α抗病毒活性均远低于最高水平。

为了在动物体内研究Fbxl5基因是通过什么机制导致斑马鱼心脏出现突变表型, 本文利用近几年兴起的CRISPR/Cas9打靶技术建立斑马鱼Fbxl5基因敲除品系。本文将打靶位点定位于Fbxl5的F-box结构域, 也就是Fbxl5的第五号外显子上。首先经过基因打靶网站分析筛选出针对Fbxl5基因F-box结构域最适合的打靶位点, 扩增出Fbxl5基因CRISPR/Cas9打靶双链DNA, 并转录为RNA, 与Hcas9共注射至斑马鱼胚胎。最后, 在注射48 h后对Fbxl5基因CRISPR/Cas9打靶的有效性进行检测。首先在注射48 h之后收集胚胎提取基因组DNA, 用特异性引物进行PCR扩增; 将纯化后的Fbxl5基因PCR产物连接到pMD18-T载体, 再经质粒提取, 测序分析, 通过与WT斑马鱼基因组序列进行比对发现Fbxl5-9号在PAM序列AGG下游缺失了4个碱基。证明该CRISPR/Cas9 系统在敲除心脏发育候选基因Fbxl5是有效的, 该研究为最终获得Fbxl5基因敲除斑马鱼奠定了良好的基础。

为探索棉花短季直播高产栽培模式, 采用多因子最优混合设计(311设计)研究了播期、栽培密度和施氮量对早熟品种JX0010的农艺性状、干物质积累分配的影响。结果表明, 不同处理对棉花生育进程有一定影响, 播种期是影响棉花生育期的主要因子, 各处理生育进程随播种期的推迟而缩短。不同处理株高、果枝层数、果枝始节、果节数差异都达到了显著水平, 栽培因子对株高、果枝始节高度、果节数的影响大小顺序为密度>施氮量>播期, 对果枝层数影响的顺序为播期>密度>施氮量, 适量的施氮、合理密植以及适当推迟播期能增大植株高度, 增加棉株果节数。不同处理棉花地上部分单株干物质积累、群体干物质积累、单株营养器官干物质积累、生殖器官干物质积累变化趋势基本呈“S”型, 不同处理干物质分配系数表现出随着生育进程的推进, 营养器官所占比重降低, 生殖器官所占比重逐渐升高的趋势。

双光子激发荧光显微是一种非线性光学显微技术, 它结合了激光扫描共聚焦显微镜和双光子激发技术, 具有高时空分辨率、高信噪比和固有的三维层析分辨能力等优点。介绍了双光子显微镜的软硬件组成和技术参数, 样品制备方法, 双光子图像采集的常用操作规程, 日常维护和仪器管理等方面。旨在为双光子仪器的使用者与管理者提供参考, 使之更好地服务于教学与科研。