研究人员新发现与蛀牙有关的细菌伙伴关系

研究人员新发现与蛀牙有关的细菌伙伴关系这些牙菌斑中的细菌基本上将含糖食物变成酸，腐蚀我们牙齿上的保护性牙釉质，导致蛀牙——也就是众所周知的龋齿。显示在突变杆菌上生长的S.sputigena制作的蜂窝状结构的特写镜头多年来，科学家们已经知道，被称为变形链球菌的细菌是我们口腔中牙菌斑形成的关键驱动因素。现在，宾夕法尼亚大学宾夕法尼亚大学牙科医学中心的研究人员发现，变形链球菌有一个强大的帮手，即生痰硒单胞菌(Selenomonassputigena)。事实证明，在形成生物膜的过程中，变异链球菌会产生称为葡聚糖的粘性结构。当S.sputigena细菌使用微小的附属物爬过这些葡聚糖时，它们会被捕获。这会触发它们快速繁殖，形成蜂窝状的上层结构，进而密封变形链球菌并保护它们。通过动物试验，PennDentalMedicine团队确定这种细菌性的一二击可显着促进酸的产生，从而导致蛀牙的严重程度。“这是一个出乎意料的发现，它让我们对龋齿的发展有了新的认识，突出了预防蛀牙的潜在未来目标，并揭示了可能与其他临床环境相关的细菌生物膜形成的新机制，”该研究的共同资深作者Hyun说。(Michel)Koo，宾夕法尼亚大学牙科医学教授。但这并不是Koo和宾夕法尼亚大学牙科医学中心的研究人员第一次发现我们口腔中的微生物合作。去年，他们发现了一种真菌如何与变形链球菌合作长出附属物，从而使“超级有机体”能够在我们的牙齿上爬行和跳跃。Koo继续说，最近的研究结果可能会导致更好的方法来预防蛀牙，方法是开发可以破坏上层结构形成的酶。他和他的团队计划深入挖掘以进一步了解细菌伙伴关系。“来自一种环境的细菌进入新环境并与生活在那里的细菌相互作用，建立这些非凡的上层结构，这种现象应该引起微生物学家的广泛兴趣，”Koo补充说。该研究已发表在《自然通讯》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1364283.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1364283.htm

日本科学家利用巧妙装置构建复杂的三维有机体

日本科学家利用巧妙装置构建复杂的三维有机体该装置有可能彻底改变我们测试药物的方式，还能让我们深入了解组织是如何发育的，并带来更好的人造器官生长技术。长期以来，科学家们一直在努力创造类器官--在实验室中培育的类似器官的组织--以复制实际的生物发育过程。制造与真实组织功能相似的类器官对开发药物至关重要，因为有必要了解药物是如何在各种组织中移动的。器官组织还能帮助我们深入了解发育过程本身，是培育出能帮助病人的完整器官的垫脚石。实验中使用的立方体之一。资料来源：理化学研究所然而，事实证明，要制造出栩栩如生的器官组织并不容易。在自然界中，组织的发育是通过精心设计的舞蹈进行的，其中包括化学梯度和物理支架，它们引导细胞形成特定的三维模式。与此相反，实验室培育的类器官通常是通过让细胞在均匀条件下生长--创造简单的相似细胞球--或者通过使用三维打印或微流体技术（这两种技术都需要复杂的设备和技术技能）来形成的。显示立方体系统和用途的示意图。资料来源：理化学研究所但现在，理化学研究所先锋研究小组在《先进材料技术》（AdvancedMaterialsTechnologies）上发表的一篇论文中宣布，他们开发出了一种新的创新技术，只需使用一个移液管，就能在空间上控制基于立方体的细胞群周围的环境。这种方法是在立方体培养容器内封闭多层具有不同物理和化学特性的水凝胶（主要由水组成的物质）。在这项研究中，使用移液管将不同的水凝胶插入支架，并根据表面张力固定到位。细胞既可以插入立方体中的单个水凝胶中，也可以以颗粒的形式移动到不同的层中，这样就有可能创造出一系列的组织类型。控制有机体在立方体系统中的位置。资料来源：理化学研究所在发表于《通讯生物学》（CommunicationsBiology）的第二篇论文中，研究小组还展示了重现所谓体轴模式化的能力。从本质上讲，脊椎动物在发育过程中会出现头/后背/腹部的细胞分化模式。尽管这对创造忠实再现实际生物体内情况的有机体非常重要，但在实验室中却很难实现。在这项工作中，研究小组利用基于立方体的系统重现了这种模式化，使用模帽将一组诱导多能干细胞（iPSC）精确地播种在立方体中，然后让细胞暴露在两种不同生长因子的梯度中。他们甚至"招募"了一名实验室助理和一名初中生来成功完成这项工作，这表明细胞播种并不需要很高的专业水平。研究小组还证明，由此产生的组织可以切片成像，并仍能保持梯度方向的信息。立方体系统中的细胞播种控制。资料来源：理化学研究所萩原说："我们对这些成就感到非常兴奋，因为新系统将使研究人员能够快速、无障碍地再造更接近实际生物体器官发育方式的类器官。我们希望广大研究人员能够利用我们的方法创造出各种新的器官组织，为不同器官系统的研究做出贡献。最终，我们希望它还能有助于了解我们如何才能制造出真正的人造器官来帮助病人。"有机体的分化、切片和分析过程。资料来源：理化学研究所...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1376289.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1376289.htm

由人类脑细胞驱动的计算新领域： "有机体智能"

由人类脑细胞驱动的计算新领域："有机体智能"最近发表在《科学前沿》杂志上的一篇文章概述了该团队的"类器官智能"计划。"带领这项工作的约翰霍普金斯大学彭博公共卫生学院和怀特工程学院的环境健康科学教授托马斯-哈同说："计算和人工智能一直在推动技术革命，但它们正在达到一个上限。"生物计算是压缩计算能力和提高其效率的巨大努力，以突破我们目前的技术极限。"托马斯-哈同实验室生产的脑器官模型的放大图像，染色后显示为洋红色的神经元，蓝色的细胞核，以及红色和绿色的其他支持细胞。资料来源：JessePlotkin/约翰霍普金斯大学近二十年来，科学家们一直在使用微小的器官组织，即类似于完全生长的器官的实验室培养的组织，来进行肾脏、肺部和其他器官的实验，而不需要借助于人类或动物试验。最近，哈同和约翰-霍普金斯大学的同事们一直在研究大脑器官，即具有神经元和其他特征的笔点大小的球体，有望维持学习和记忆等基本功能。哈同说："这开启了对人类大脑如何工作的研究。"因为你可以开始操纵这个系统，做一些你在道德上无法用人类大脑做的事情。"实验室在2012年开始使用来自人类皮肤样本的细胞，将其重新编程为类似胚胎干细胞的状态，将脑细胞生长并组装成功能性器官。每个类器官包含约50000个细胞，大约相当于一只果蝇的神经系统的大小。他现在设想用这种大脑类器官建立一个未来的计算机。在这种"生物硬件"上运行的计算机可能在未来十年开始缓解超级计算的能源消耗需求，这种需求正变得越来越不可持续。尽管计算机处理涉及数字和数据的计算比人类更快，但大脑在做出复杂的逻辑决定方面要聪明得多，比如区分狗和猫。托马斯-哈同在他位于约翰霍普金斯大学彭博公共卫生学院的实验室里与脑器官在一起。资料来源：威尔-柯克/约翰霍普金斯大学"大脑仍然是现代计算机无法比拟的，"哈同说。"Frontier"是肯塔基州最新的超级计算机，是一个价值6亿美元、占地6800平方英尺的装置。仅在去年6月，它首次超过了单个人脑的计算能力--但使用的能量是100万倍。"可能需要几十年的时间，类器官智能才能为像老鼠一样聪明的系统提供动力。但是，通过扩大脑器官的生产规模，用人工智能训练它们，他预见到未来生物计算机将支持卓越的计算速度、处理能力、数据效率和存储能力。哈同说："在我们实现与任何类型的计算机相媲美的目标之前，还需要几十年的时间。但如果我们不开始为此创建资金项目，它将会更加困难。"共同领导调查的约翰霍普金斯大学环境健康和工程系助理教授LenaSmirnova说，类器官智能也可以彻底改变神经发育障碍和神经变性的药物测试研究。斯米尔诺瓦说："我们想比较来自典型发育的捐赠者的脑器官和来自自闭症捐赠者的脑器官。我们正在开发的生物计算工具，也是让我们了解自闭症特有的神经元网络变化的工具，而不必使用动物或接触病人，这样我们就可以了解病人为什么有这些认知问题和障碍的根本机制。"为了评估利用类器官智能工作的伦理影响，一个由科学家、生物伦理学家和公众成员组成的不同联盟已经被嵌入到团队中。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1351187.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1351187.htm

纳米线心脏有机体新技术可为心脏病发作后的康复带来革命性变革

纳米线心脏有机体新技术可为心脏病发作后的康复带来革命性变革心脏病是美国人的主要死因，每36秒就有一个人死于心脏病。心脏病发作是心脏病的一种常见表现形式，当心脏供血受阻时，就会导致氧气和营养物质的缺失，造成不可逆转的组织损伤。虽然支架和药物能有效地重新打开阻塞的血管，但它们并不能修复心脏组织的损伤，从而使患者面临进一步并发症的风险。临床前研究表明，纳米线心脏器官组织有朝一日可以修复心脏，而不仅仅是防止进一步的损伤。南卡罗来纳医科大学（MUSC）和克莱姆森大学（CU）的生物工程师和临床科学家团队正在研究一种革命性的方法，它可以通过修复受损的心脏组织来改变心脏护理的格局。他们在8月份的《科学进展》（ScienceAdvances）杂志上报告了他们充满希望的临床前研究成果。该团队由梅颖博士领导，梅颖博士是中大和麻省大学生物工程项目的成员，在中大和麻省大学联合任职。该联合项目的博士生RyanBarrs是这篇文章的主要作者之一。"心脏病发作留下的损伤通常被认为是永久性的，需要进行心脏移植，而这种移植手术十分紧缺，"Barrs说。"为此，我们开发出了可导电的'迷你心脏'，可以注射到受伤的心肌中，恢复其泵血功能。"许多研究人员都试图破解如何帮助心脏自我修复的难题。补充死亡的心脏细胞并促进修复的一种有希望的策略是将干细胞分化成'促进修复'的心脏组织。然而，这种方法并不成功。要了解原因，请想象一下心脏病发作后心脏内的混乱环境--充斥着发炎的组织和无情的泵送，对新细胞毫不留情。梅说，加入单个干细胞就好比在暴风雨中种植一棵脆弱的树苗，生根发芽的机会微乎其微。"心脏经常会将干细胞挤压到血管中，造成潜在的副作用和效率低下，"梅解释道。"此外，单细胞在心脏中面临着恶劣的环境，尤其是在心脏病发作后，降低了它们的存活率和有效性"。梅和他的跨学科团队针对过去方法的弱点，提出了一种新策略。他们开发出了一种更有弹性的细胞结构，将干细胞衍生的心脏细胞包围起来，称为心脏器官组织。把它们想象成结构细胞的紧密团结，更有可能抵御心脏的挑战性环境。梅说："通过将这些细胞制成类似心脏的小型微组织，我们可以创造出一种更具可持续性和抵抗力的结构，能够抵御环境的突然变化。"为了评估有机体在临床前模型中治愈受损心脏的能力，梅与麻省医疗中心的细胞疗法和心脏病专家合作，其中包括王红军博士、KristineDeLeon-Pennell博士和DonaldMenick博士。在这项动物研究中，将这些心脏器官组织直接注入心脏后，模拟心脏病发作导致的功能丧失恢复了39%。这一发现表明，细胞装置不仅能防止进一步损伤，还有助于修复已经受损的组织。跨学科团队仍不满足，希望更进一步。梅说："我们意识到，还需要另一层工程来确保与宿主组织的适当整合。"因此，导电硅纳米线的想法应运而生。这些微小的生物相容性导线肉眼看不见，能增强器官组织，使其与原生心脏的电信号同步。这些电信号有助于聚集在一起的细胞协调运动，使它们能更有效地与现有心脏组织整合和泵血。结果是，心脏功能惊人地提高了69%。展望未来，纳米线人体心脏器官组织可能代表着心脏护理领域的一次飞跃，因为它们不仅能防止进一步的心脏损伤，还能积极修复已经造成的损伤。梅说："我们的研究首次在临床前模型中表明，纳米技术和类器官技术的结合有望修复心脏病发作后的组织损伤。"研究小组目前正集中精力加强和完善这项技术。Barrs说："我们计划更仔细地研究纳米线如何改善心脏类器官疗法。要使这种方法成为临床现实，还需要进一步的研究、测试和验证。如果研究继续显示出这种新方法的前景，梅希望它能在未来十年内进行临床试验。最终目标是提供一种比心脏移植更有效、更方便的疗法来治愈受伤的心脏。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1394931.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1394931.htm

研究人员正试图用在实验室中生长的"迷你大脑"构建生物计算机

研究人员正试图用在实验室中生长的"迷你大脑"构建生物计算机论文解释说，这个新术语旨在将该领域确立为一种"真正的生物计算形式，以"道德上负责任的方式利用科学和生物工程的进步来驾驭大脑器官"。这些新的生物计算机是由实验室培养的迷你大脑组成的，基本上是由干细胞组成的小型3D物体。这些细胞被设计成模仿大脑的形状，以及大脑的学习能力。科学家们希望，这些生物计算机可以代表计算机能力的巨大飞跃。这是因为硅基计算机在数字方面非常出色。但是，大脑本身在学习方面要有效得多。利用实验室培育的迷你大脑的生物计算机有望将该领域推到聚光灯下。科学家已经教会这些迷你脑生物计算机如何做一些不同的事情。例如，我们已经看到盘子里的脑细胞学会了玩经典的Pong游戏，展示了与传统计算机和人工智能相比，这些生物计算机的学习速度有多快。去年年底，我们还看到科学家们在一个实验中把实验室培育的迷你大脑与活老鼠的大脑结合起来。该领域内的这些动向绝非毫无关联，因为它们显示了这些迷你大脑的整体计算和学习能力比传统计算机系统更快。当然，将它们的规模扩大到目前的能力之外是研究人员必须考虑的另一个因素。不过，与此同时，这些在实验室里生长的迷你大脑已经显示出非凡的前景。有机体智能领域可能刚刚开始破冰，但到目前为止，它已经显示出一些令人兴奋的主张，一旦扩大规模并加以改进，可能有助于将计算推向一个全新的水平。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1347631.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1347631.htm