根除实体瘤：麻省理工学院的疫苗为T细胞癌症治疗提供助力

根除实体瘤：麻省理工学院的疫苗为T细胞癌症治疗提供助力通过改造T细胞来消灭癌细胞已在治疗某些类型的癌症（如白血病和淋巴瘤）方面取得了成功。然而，它对实体瘤的治疗效果并不理想。不成功的原因之一是T细胞只针对一种抗原（肿瘤上发现的一种靶蛋白）；如果一些肿瘤细胞不表达这种抗原，它们就能逃脱T细胞的攻击。麻省理工学院的研究人员现在找到了克服这一障碍的方法，他们使用一种疫苗来增强工程T细胞（即嵌合抗原受体（CAR）T细胞）的反应，同时还能帮助免疫系统产生靶向其它肿瘤抗原的新T细胞。在对小鼠的研究中，研究人员发现这种方法更有可能根除肿瘤。Underwood-Prescott教授是麻省理工学院生物工程系和材料科学与工程系的教授，同时也是麻省理工学院Koch癌症综合研究所以及MGH、麻省理工学院和哈佛大学Ragon研究所的成员。Irvine是这项研究的资深作者，研究报告于7月5日发表在《细胞》（Cell）杂志上。论文的第一作者是LeyuanMa，她曾是科赫研究所的博士后，现任宾夕法尼亚大学医学院病理学和实验医学助理教授。工程T细胞美国食品和药物管理局已经批准了几种治疗血癌的T细胞疗法。这些疗法以CAR-T细胞为基础，CAR-T细胞被设计成显示能识别癌细胞上特定抗原的受体。为了尝试将这种治疗方法用于胶质母细胞瘤（一种脑癌），研究人员设计了靶向表皮生长因子受体突变版本的CAR-T细胞。然而，并非所有胶质母细胞瘤细胞都表达这种抗原，当受到CAR-T细胞攻击时，一些胶质母细胞瘤细胞会通过停止产生靶抗原来做出反应。在2019年的一项研究中，Irvine和他的同事通过在给小鼠注射工程T细胞后不久向其注射疫苗，增强了CAR-T细胞对胶质母细胞瘤的有效性。这种疫苗携带CAR-T细胞靶向的相同抗原，被淋巴结中的免疫细胞吸收，CAR-T细胞在淋巴结中接触到这种疫苗。在这项研究中，研究人员发现，这种疫苗促进不仅有助于工程CAR-T细胞攻击肿瘤，而且还有另一个意想不到的效果：它有助于产生靶向其它肿瘤抗原的宿主T细胞。这种被称为"抗原扩散"的现象是可取的，因为它能产生T细胞群，这些T细胞群协同工作，可以完全消灭肿瘤并防止肿瘤再生。Irvine说："这恰恰可以帮助应对实体瘤的抗原异质性，因为如果引导宿主T细胞攻击其他抗原，它们也许就能进来杀死CAR-T细胞无法杀死的肿瘤细胞。"免疫增强在他们的新研究中，研究人员希望探索额外的T细胞反应是如何被激活的。他们使用了2019年研究中相同类型的CAR-T细胞和相同的疫苗，CAR-T细胞被设计为靶向突变的表皮生长因子受体。研究中的小鼠接种了两剂疫苗，间隔一周。研究人员发现，在这些增强的小鼠中，CAR-T细胞发生了新陈代谢变化，从而增加了γ干扰素的产生，而γ干扰素是一种细胞因子，有助于刺激强烈的免疫反应。这有助于T细胞克服肿瘤的免疫抑制环境，肿瘤通常会关闭附近的T细胞。当CAR-T细胞杀死表达靶抗原的肿瘤细胞时，宿主T细胞（而非工程CAR-T细胞）遇到了这些肿瘤细胞的其他抗原，刺激宿主T细胞靶向这些抗原并帮助消灭肿瘤细胞。研究人员发现，如果没有宿主T细胞的反应，即使CAR-T细胞消灭了大部分原始肿瘤细胞，肿瘤也会重新生长。出现这种情况的原因是，接受CAR-T细胞治疗的肿瘤细胞通常会停止产生工程细胞靶向的抗原，从而躲避这些细胞的攻击。根除肿瘤研究人员随后在目标抗原水平不同的肿瘤小鼠中测试了他们的方法。他们发现，即使在只有50%的肿瘤细胞表达靶抗原的肿瘤中，通过CAR-T细胞和宿主T细胞的联合作用，仍能消灭约25%的肿瘤。靶抗原含量较高的肿瘤的成功率更高。当80%的肿瘤细胞表达CAR-T细胞靶向的抗原时，约80%的小鼠的肿瘤被消灭。这项研究中使用的技术已授权给一家名为ElicioTherapeutics的公司，该公司正致力于开发这项技术，以便在患者身上进行潜在测试。在这项研究中，研究人员重点研究了胶质母细胞瘤和黑色素瘤，但他们认为这项技术也有可能用于治疗其他类型的癌症。Irvine说："原则上，这应该适用于任何你已经生成了靶向CART细胞的实体瘤。"研究人员还在研究如何调整CAR-T细胞疗法，使其能够用于攻击尚未发现靶向抗原的肿瘤。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1370277.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1370277.htm

麻省理工学院工程师创造可以输送药物或感知炎症的“智能缝合线”

麻省理工学院工程师创造可以输送药物或感知炎症的“智能缝合线”“我们拥有的是一种生物衍生的缝合线，并用水凝胶涂层进行了修饰，该涂层能够成为炎症传感器或用于治疗炎症的单克隆抗体等药物的储存库。值得注意的是，这种涂层还能够保留长时间存活的细胞。”研究人员设想，这些缝合线可以帮助克罗恩病患者在手术切除部分肠道后痊愈。研究人员说，缝合线还可以用于治疗身体其他部位的伤口或手术切口。前麻省理工学院博士后JungSeungLee和HyunjoonKim是该论文的主要作者，该论文最近发表在Matter杂志上。灵感来自羊肠肠线缝合线——由来自牛、绵羊或山羊（但不是猫）的纯化胶原蛋白链制成——形成结实的结，在大约90天内自然溶解。虽然合成可吸收缝合线也可用，但羊肠线仍用于许多类型的手术。Traverso和他的同事们想看看他们是否可以在这种类型的组织衍生缝合线的基础上制造出一种坚韧且可吸收的材料，并具有传感和药物输送等先进功能。这种缝合线可能对克罗恩病患者特别有用，因为过度疤痕或炎症造成的阻塞需要切除部分肠道。此过程需要重新密封一段肠道被移除后留下的两端。如果密封不牢固，可能会导致泄漏，对患者造成危险。为了帮助降低这种风险，麻省理工学院的团队想要设计一种缝合线，它不仅可以将组织固定到位，还可以检测炎症，这是重新密封的肠道没有正常愈合的早期预警信号。研究人员用猪组织制造了新的缝合线，他们使用清洁剂将其“去细胞化”，以减少在宿主组织中诱发炎症的机会。这个过程留下了一种无细胞材料，研究人员称之为“脱肠”，它含有结构蛋白，如胶原蛋白，以及在细胞周围的细胞外基质中发现的其他生物分子。将组织脱水并将其拧成股线后，研究人员评估了它的抗拉强度，并发现它可以与市售的羊肠线缝合线相媲美。他们还发现，与传统肠线相比，脱肠线缝合线对周围组织的免疫反应要少得多。“脱细胞组织凭借其卓越的生物功能已广泛用于再生医学，”Lee说。“我们现在建议使用脱细胞组织进行传感和传递的新平台，这将开辟组织衍生材料的新应用。”智能应用接下来，研究人员着手增强缝合材料的附加功能。为此，他们在缝合线上涂了一层水凝胶。在水凝胶中，它们可以嵌入几种类型的货物——可以感知炎症的微粒、各种药物分子或活细胞。对于传感器应用，研究人员设计了涂有肽的微粒，当组织中存在与炎症相关的称为MMP的酶时，这些肽就会释放出来。这些肽可以使用简单的尿液测试来检测。研究人员还表明，他们可以使用水凝胶涂层携带用于治疗炎症性肠病的药物，包括一种叫做地塞米松的类固醇和一种叫做阿达木单抗的单克隆抗体。这些药物由FDA批准的聚合物（如PLGA和PLA）制成的微粒携带，这些聚合物用于控制药物的释放速率。研究人员说，这种方法还可以用于输送其他种类的药物，例如抗生素或化疗药物。这些智能缝合线还可用于输送干细胞等治疗细胞。为了探索这种可能性，研究人员在缝合线中嵌入了经过改造以表达荧光标记的干细胞，并发现这些细胞在植入小鼠体内后至少可以存活7天。这些细胞还能够产生血管内皮生长因子(VEGF)，这是一种刺激血细胞生长的生长因子。研究人员现在正致力于进一步测试这些可能的应用，并扩大缝合线的制造过程。他们还希望探索在胃肠道以外的身体部位使用缝合线的可能性。“麻省理工学院团队开发的脱细胞肠道缝合线是一个令人兴奋的平台，可用于传感和提供广泛的治疗药物，包括小分子、生物制剂和活细胞。该团队出色地展示了该平台的多功能性，”未参与该研究的莱斯大学生物工程副教授OmidVeiseh说。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1366595.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1366595.htm

麻省理工学院的科学家们为合成基因开发了一个新的控制系统

麻省理工学院的科学家们为合成基因开发了一个新的控制系统利用基于CRISPR基因编辑系统的方法，麻省理工学院的研究人员开发了一种新方法，可以精确控制哺乳动物细胞中产生的特定蛋白质的数量。资料来源：MatthewDaniels，由麻省理工学院新闻网在他们的新研究中，研究人员显示，这个系统可以在各种哺乳动物细胞中工作，且结果非常一致。描述这些结果的论文最近发表在《自然通讯》杂志上。"这是一个高度可预测的系统，我们可以预先设计，然后得到预期的结果，"前麻省理工学院研究科学家WilliamC.W.Chen说。"这是一个非常可调整的系统，适用于不同类型细胞的许多不同的生物医学应用"。现在是南达科他大学生物医学科学助理教授的Chen是这项新研究的主要作者之一，同时还有前麻省理工学院研究科学家LeonidGaidukov和博士后YongLai。高级作者TimothyLu作为麻省理工学院生物工程和电气工程及计算机科学副教授领导了这项研究。基因控制许多治疗性蛋白质，包括单克隆抗体都是在含有哺乳动物细胞的大型生物反应器中生产的，这些细胞被设计用来产生所需的蛋白质。几年前，麻省理工学院合成生物学中心的研究人员，包括Lu的实验室，开始与辉瑞公司合作开展一个项目，开发可用于促进这些有用蛋白质生产的合成生物学工具。为了做到这一点，研究人员瞄准了他们想要调高的基因的启动子。在所有的哺乳动物细胞中，基因有一个与转录因子结合的启动子区域--启动基因转录为信使RNA的蛋白质。在以前的工作中，科学家们设计了合成的转录因子，包括称为锌指的蛋白质结构模体，以帮助激活目标基因。然而，锌指和大多数其他类型的合成转录因子必须为它们所针对的每个基因重新设计，这使得它们的开发具有挑战性和耗费时间。2013年，Lu实验室的研究人员开发了一种基于CRISPR的转录因子，使他们能够更容易地控制哺乳动物和酵母细胞中自然发生的基因的转录。在新的研究中，研究人员着手在这项工作的基础上创建一个合成生物部件库，使他们能够传递转基因--一种细胞通常不表达的基因--并精确控制其表达。Chen说："我们的想法是拥有一个全谱系的合成启动子系统，可以从非常低的水平到非常高的水平，以适应不同的细胞应用。"研究人员设计的系统包括几个部分。一个是要转录的基因，以及一个"操作者"序列，它由一系列人工转录因子结合点组成。另一个组成部分是引导RNA，它与这些操作者序列结合。最后，该系统还包括一个连接到停用的Cas9蛋白的转录激活域。当这种失活的Cas9蛋白与合成启动子位点的引导RNA结合时，基于CRISPR的转录因子可以开启基因表达。用于该合成系统的启动子位点被设计成与自然发生的启动子位点不同，因此该系统不会影响细胞自身基因组中的基因。每个操作者包括2到16个拷贝的引导RNA结合位点，研究人员发现他们的系统可以以与结合位点数量线性对应的速率启动基因转录，使他们能够精确控制产生的蛋白质数量。高度一致性研究人员在几种类型的哺乳动物细胞中测试了他们的系统，包括中国仓鼠卵巢（CHO）细胞，这些细胞通常用于在工业生物反应器中生产治疗性蛋白质。他们发现在CHO细胞和他们测试的其他细胞中的结果非常相似，包括小鼠和大鼠的肌细胞（肌肉细胞的前体）、人类胚胎肾细胞和人类诱导多能干细胞。Chen说："该系统在不同的细胞类型和不同的目标基因上具有非常高的一致性。这是一个很好的起点，可以考虑用一个高度可调整、可预测的人工系统来调控基因表达和细胞行为。"在首先证明他们可以使用新系统诱导细胞产生预期数量的荧光蛋白之后，研究人员表明他们还可以用它来编程生产一种被称为JUG444的单克隆抗体的两个主要部分。研究人员还对CHO细胞进行编程，使其产生不同数量的称为抗PD1的人类抗体。当人类T细胞接触到这些细胞时，如果产生的抗体数量较多，它们会成为更有力的肿瘤细胞杀手。他们说，尽管研究人员能够获得所需抗体的高产量，但要将这一系统纳入工业流程，还需要进一步努力。与工业生物反应器中使用的细胞不同，这项研究中使用的细胞是生长在一个平面上，而不是在液体悬浮液中。"这是一个有希望用于工业应用的系统，但首先我们必须将其改造成悬浮细胞，看看它们是否能制造出同样的蛋白质。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333007.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1333007.htm

麻省理工学院的自供氧植入物有望掀起糖尿病治疗的革命

麻省理工学院的自供氧植入物有望掀起糖尿病治疗的革命治疗1型糖尿病的一种很有前景的方法是植入能在需要时产生胰岛素的胰岛细胞，这样患者就不用频繁注射胰岛素了。然而，这种方法的一个主要障碍是，一旦植入细胞，它们最终会因缺氧而停止产生胰岛素。为了克服这一障碍，麻省理工学院的工程师们设计出了一种新型植入式装置，这种装置不仅携带了数十万个可产生胰岛素的胰岛细胞，而且还拥有自己的板载氧气工厂，可通过分裂人体内的水而产生氧气。研究人员的研究结果表明，将这种装置植入糖尿病小鼠体内，可使小鼠的血糖水平保持稳定至少一个月。研究人员现在希望能制造出更大版本的装置，大小与口香糖差不多，最终能在1型糖尿病患者身上进行测试。麻省理工学院的工程师们设计了一种植入式设备，它能携带数十万个胰岛细胞，并自带氧气工厂，以保持细胞健康。图片来源：FeliceFrankel研究团队的见解"你可以把它想象成一个由分泌胰岛素的人体细胞和电子生命支持系统组成的活体医疗设备。"麻省理工学院化学工程系教授、麻省理工学院科赫癌症综合研究所（KochInstituteforIntegrativeCancerResearch）和医学工程与科学研究所（IMES）成员、本研究的资深作者丹尼尔-安德森（DanielAnderson）说："我们对目前取得的进展感到兴奋，我们对这项技术最终能帮助病人感到非常乐观。"虽然研究人员的主要研究方向是糖尿病治疗，但他们表示，这种设备也可以用于治疗其他需要反复输送治疗蛋白的疾病。麻省理工学院研究科学家西达斯-克里希南（SiddharthKrishnan）是这篇论文的第一作者，论文最近发表在《美国国家科学院院刊》上。研究团队还包括麻省理工学院的其他几位研究人员，其中包括麻省理工学院大卫-科赫研究所教授、科赫研究所成员罗伯特-兰格（RobertLanger），以及波士顿儿童医院的研究人员。图为该装置浸没在水中，产生氧气（下）和氢气（上）气泡，无需任何电池或电线。图片来源：麻省理工学院/波士顿儿童医院ClaudiaLiu和SiddharthKrishnan博士提供当前糖尿病治疗面临的挑战大多数1型糖尿病患者必须仔细监测血糖水平，每天至少注射一次胰岛素。然而，这一过程并不能复制人体控制血糖水平的自然能力。安德森说："绝大多数胰岛素依赖型糖尿病患者都在为自己注射胰岛素，并尽了最大努力，但他们的血糖水平并不健康。如果你看看他们的血糖水平，即使是那些非常尽心尽力、小心谨慎的人，他们的血糖水平也无法与活体胰腺相比"。更好的替代方法是移植细胞，只要检测到病人的血糖水平激增，这些细胞就会产生胰岛素。一些糖尿病患者已经接受了从人类尸体上移植的胰岛细胞，从而实现了对糖尿病的长期控制；不过，这些患者必须服用免疫抑制药物，以防止身体对植入的细胞产生排斥反应。最近，研究人员利用从干细胞中提取的胰岛细胞也取得了类似的成功，但接受这些细胞的病人也需要服用免疫抑制剂。这张照片显示的是完全组装好的设备的阴极面，并用一枚美国25美分硬币表示比例。图片来源：麻省理工学院/波士顿儿童医院ClaudiaLiu和SiddharthKrishnan博士提供应对氧气供应挑战另一种可以避免使用免疫抑制剂的方法是将移植细胞封装在一个柔性装置中，以保护细胞不受免疫系统的影响。然而，为这些封装细胞找到可靠的氧气供应已被证明具有挑战性。一些实验性装置，包括一种已在临床试验中进行测试的装置，具有一个可以为细胞供氧的氧舱，但这个氧舱需要定期重新装载。其他研究人员开发出的植入物包括能产生氧气的化学试剂，但这些试剂最终也会耗尽。麻省理工学院的研究小组采用了另一种方法，即通过分裂水来无限生成氧气。这种方法是通过装置内的质子交换膜来实现的，质子交换膜是一种最初用于在燃料电池中产生氢气的技术。这层膜可以将水蒸气（人体内含量丰富）分成氢气和氧气，氢气会无害扩散，而氧气则会进入一个储存室，通过一层薄薄的透氧膜供给胰岛细胞。这种方法的一大优势是不需要任何电线或电池。分离这种水蒸气需要很小的电压（约2伏），这种电压是利用一种称为共振感应耦合的现象产生的。位于体外的调谐磁性线圈将电力传输到设备内的小型柔性天线，从而实现无线电力传输。它需要一个外部线圈，研究人员预计可以将其作为贴片佩戴在病人皮肤上。有希望的实验结果在制造出与美国25美分硬币差不多大小的设备后，研究人员在糖尿病小鼠身上进行了测试。一组小鼠接受了带有氧气生成和水分离膜的装置，另一组小鼠则接受了含有胰岛细胞的装置，但没有补充氧气。这些装置被植入具有完全功能性免疫系统的小鼠皮下。研究人员发现，植入制氧装置的小鼠能够维持正常的血糖水平，与健康动物相当。然而，接受非供氧装置的小鼠在大约两周内就出现了高血糖（血糖升高）。通常情况下，任何一种医疗设备植入人体后，免疫系统的攻击都会导致疤痕组织的堆积，这种疤痕组织被称为纤维化，会降低设备的有效性。这项研究中使用的植入物周围确实形成了这种疤痕组织，但该装置成功地控制了血糖水平，这表明胰岛素仍能从装置中扩散出来，葡萄糖也能进入装置。这种方法也可用于输送产生其他类型治疗蛋白的细胞，这些蛋白需要长期给药。在这项研究中，研究人员发现，这种装置还能让产生促红细胞生成素的细胞保持活力，促红细胞生成素是一种能刺激红细胞生成的蛋白质。未来展望安德森说："我们乐观地认为，有可能制造出能够驻留在体内并根据需要生产药物的活体医疗设备。有多种疾病的患者需要外源性服用蛋白质，有时甚至需要频繁服用。如果我们能用一种能长期发挥作用的植入物取代每隔一周输液一次的需要，我认为这确实能帮助很多病人。"研究人员现在计划调整该装置，以便在大型动物身上进行测试，最终在人类身上进行测试。为了供人类使用，他们希望开发出一种与口香糖大小差不多的植入物。他们还计划测试该装置是否能在体内保留更长的时间。克里希南说："我们使用的材料本身就很稳定，寿命也很长，所以我认为这种长期运作是有可能的，这也是我们正在努力的方向。"兰格补充说："我们对这些发现感到非常兴奋，我们相信这些发现有朝一日会为治疗糖尿病和其他疾病提供一种全新的方法。"这项研究得到了JDRF、LeonaM.andHarryB.Helmsley慈善信托基金和美国国立卫生研究院国家生物医学成像和生物工程研究所的资助。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1388913.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1388913.htm

麻省理工学院揭示神经系统如何整合环境和状态以控制行为

麻省理工学院揭示神经系统如何整合环境和状态以控制行为麻省理工学院的一项新研究详细介绍了这一方法在一种更简单的动物身上的应用实例。它强调了一个潜在的基本原则，即神经系统如何整合多种因素来指导寻找食物的行为。所有的动物都面临着在制定行为时权衡不同的感官线索和内部状态的挑战，但科学家们对这一情况的实际发生知之甚少。为了深入了解，位于皮考尔学习和记忆研究所的研究小组转向了秀丽隐杆线虫，其明确的行为状态和只有302个细胞神经系统使这个复杂的问题至少是可操作的。他们通过一个案例研究发现，在一个名为AWA的关键嗅觉神经元中，许多状态和感觉信息的来源汇聚在一起，独立地节制着一个关键气味受体的表达。它们对该受体丰度的影响的整合，然后决定了AWA如何指导四处漫游寻找食物。"在这项研究中，我们根据动物所经历的持续状态和刺激，剖析了控制单个嗅觉神经元中单个嗅觉受体水平的机制，"资深作者、麻省理工学院脑与认知科学系李斯特兄弟副教授史蒂文·弗拉维尔说。"了解这种整合如何在一个细胞中发生，将为它如何在其他蠕虫神经元和其他动物中普遍发生指明方向。"麻省理工学院博士后IanMcLachlan领导了这项研究，该研究最近发表在eLife杂志上，该团队在开始时并不一定知道他们会发现什么。事实上，麦克拉克兰、弗拉维尔和他们的团队并没有专门去寻找神经元AWA或被称为STR-44的特定嗅觉化学感受器。相反，这些目标是从他们收集的无偏见的数据中出现的，当时他们研究了当蠕虫在三小时内不进食时与进食充足时相比哪些基因的表达变化最大。作为一个类别，许多化学感觉受体的基因显示出巨大的差异。事实证明，AWA是一个拥有大量此类上调基因的神经元，而两个受体STR-44和SRD-28在这些基因中显得尤为突出。仅这一结果就表明，内部状态（饥饿）影响着感觉神经元中受体的表达程度。麦克拉克兰和他的合著者随后能够表明，STR-44的表达也会根据压力化学品的存在、各种食物的气味以及蠕虫是否得到了吃食物的好处而独立变化。由共同第二作者TalyaKramer（一名研究生）领导的进一步测试揭示了哪些气味会触发STR-44，使研究人员随后能够证明AWA内STR-44表达的变化如何直接影响食物的寻求行为。还有更多的研究确定了这些不同的信号进入AWA的确切分子和电路手段，以及它们如何在细胞内作用以改变STR-44的表达。例如，在一个实验中，麦克拉克兰和弗拉维尔的团队表明，虽然喂养的和饥饿的蠕虫都会朝着受体最喜欢的气味蠕动，如果这些气味足够强烈的话，但只有饥饿的蠕虫（表达更多的受体）可以检测到更微弱的浓度。在另一个实验中，他们发现，尽管饥饿的蠕虫在到达食物源时将放慢速度进食，即使吃饱的蠕虫在旁边游弋，但他们可以通过人为地过度表达STR-44使吃饱的蠕虫表现得像饥饿的蠕虫。这样的实验证明STR-44的表达变化对寻找食物有直接影响。其他实验显示了多种因素对STR-44的拉动。例如，他们发现，当他们添加一种化学品使蠕虫受到压力时，即使在饥饿的蠕虫中也会降低STR-44的表达。后来他们发现，同样的应激物抑制了蠕虫向STR-44所反应的气味蠕动的冲动。因此，就像你可能会避免跟随你的鼻子去面包店，即使在饥饿的时候如果你看到你的前任在那里，会权衡压力来源和饥饿感。该研究显示，它们这样做是基于这些不同的线索和状态如何拉动AWA中STR-44的表达。其他几个实验研究了蠕虫的神经系统将感觉、饥饿和主动进食线索带到AWA的途径。技术助理MalvikaDua帮助揭示了其他食物感应神经元如何通过胰岛素信号和突触连接来影响STR-44在AWA的表达。关于蠕虫是否正在积极进食的线索来自肠道中的神经元，这些神经元使用一种叫做TORC2的分子营养传感器。这些，以及压力检测途径，都作用于FOXO，它是基因表达的调节器。换句话说，所有影响STR-44在AWA中表达的输入都是通过独立推拉同一个分子杠杆来实现的。像胰岛素和TORC2这样的途径不仅存在于其他蠕虫的感觉神经元中，而且也存在于包括人类在内的许多其他动物。此外，在更多的神经元中，感觉受体因禁食而上调，而不仅仅是AWA。这些重叠表明，他们在AWA中发现的整合信息的机制很可能在其他神经元中发挥作用，也许在其他动物中也是如此。这项研究的基本见解可能有助于为研究通过TORC2的肠道-大脑信号如何在人体内发挥作用提供信息。这正在成为优雅动物中肠道到大脑信号传递的主要途径，希望它最终将对人类健康具有转化意义。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333817.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1333817.htm

麻省理工学院革新细胞成像技术：观察活细胞内部活动的新方法

麻省理工学院革新细胞成像技术：观察活细胞内部活动的新方法活细胞会受到多种分子信号的轰击，这些信号会影响细胞的行为。如果能够测量这些信号以及细胞如何通过下游分子信号网络对这些信号做出反应，就能帮助科学家更多地了解细胞是如何工作的，包括当细胞衰老或患病时会发生什么。目前，这种全面的研究还不可能实现，因为目前的细胞成像技术仅限于同时对细胞内的少数不同分子类型进行成像。然而，麻省理工学院的研究人员开发出了一种替代方法，可以一次观察多达七种不同的分子，甚至有可能观察到比这更多的分子。分子成像技术的突破"在生物学中，有许多例子表明，一个事件会引发一长串下游事件，进而导致特定的细胞功能，"谭以骅神经技术教授爱德华-博伊登（EdwardBoyden）说。"这是如何发生的？这可以说是生物学的基本问题之一，因此我们想知道，能不能简单地观察它的发生？"新方法利用了以不同速率闪烁的绿色或红色荧光分子。通过对细胞进行数秒、数分钟或数小时的成像，然后利用计算算法提取每个荧光信号，就能跟踪每个目标蛋白质随时间变化的数量。利用四种可切换荧光团，麻省理工学院的研究人员能够标记并成像这些细胞内的四种不同激酶（前四行）。下一行中，细胞核被标记为蓝色。图片来源：研究人员提供博伊登是这项研究的资深作者，他也是麻省理工学院生物工程教授、脑与认知科学教授、霍华德-休斯医学研究所研究员、麻省理工学院麦戈文脑研究所和科赫综合癌症研究所成员，以及杨丽莎仿生学中心（K.LisaYangCenterforBionics）的联合主任。麻省理工学院博士后钱勇是论文的第一作者。荧光信号的进步用荧光蛋白标记细胞内的分子使研究人员能够大量了解许多细胞分子的功能。这类研究通常使用绿色荧光蛋白（GFP），该蛋白在20世纪90年代首次用于成像。从那时起，又开发了几种能发出其他颜色光的荧光蛋白用于实验。然而，典型的光学显微镜只能分辨出其中的两三种颜色，研究人员只能窥见细胞内发生的整体活动。如果能追踪更多的标记分子，研究人员就能测量脑细胞在学习过程中对不同神经递质的反应，或者研究促使癌细胞转移的信号。"理想情况下可以实时观察细胞内的信号波动，然后了解它们之间的关系。这将告诉我们细胞是如何计算的，"博伊登说。"问题是，无法同时观察很多东西。"2020年，博伊登的实验室开发出一种方法，通过将发光报告器瞄准细胞内的不同位置，同时对细胞内的多达五种不同分子进行成像。这种方法被称为"空间多路复用"，它能让研究人员分辨出不同分子的信号，即使它们发出的荧光颜色相同。在这项新研究中，研究人员采用了一种不同的方法：他们没有根据信号的物理位置来区分信号，而是创建了随时间变化的荧光信号。这种技术依赖于"可切换荧光团"--能以特定速率开启和关闭的荧光蛋白。在这项研究中，博伊登和他的研究小组成员确定了四种绿色可切换荧光团，然后又设计了另外两种，它们都以不同的速率开启和关闭。他们还确定了两种以不同速率开关的红色荧光蛋白，并设计了另外一种红色荧光团。每种可切换的荧光团都可以用来标记活细胞内不同类型的分子，如酶、信号蛋白或细胞骨架的一部分。在对细胞进行数分钟、数小时甚至数天的成像后，研究人员使用一种计算算法，从每种荧光团中挑选出特定信号，这类似于人耳挑选出不同频率的声音。"在交响乐团中，有长笛等高音乐器，也有大号等低音乐器。中间是小号等乐器。"博伊登说："它们都有不同的声音，而我们的耳朵会把它们分拣出来。"研究人员用来分析荧光团信号的数学技术被称为线性非混合法。这种方法可以提取不同的荧光团信号，类似于人耳使用一种称为傅立叶变换的数学模型来提取乐曲中的不同音高。分析完成后，研究人员就能看到在整个成像过程中，细胞中每个荧光标记分子出现的时间和位置。成像本身只需一台简单的光学显微镜即可完成，无需专业设备。探索生物现象在这项研究中，研究人员通过标记哺乳动物细胞中参与细胞分裂周期的六种不同分子，展示了他们的方法。这样，他们就能确定细胞周期中依赖细胞周期蛋白的激酶的水平是如何变化的。研究人员还发现，他们还能标记其他类型的激酶，这些激酶几乎涉及细胞信号传导的方方面面，还能标记细胞结构和细胞器，如细胞骨架和线粒体。除了使用在实验室培养皿中生长的哺乳动物细胞进行实验外，研究人员还证明这种技术可以在斑马鱼幼体的大脑中发挥作用。研究人员表示，这种方法有助于观察细胞如何对营养物质、免疫系统因子、激素或神经递质等任何输入做出反应。它还可以用来研究细胞如何对基因表达的变化或基因突变做出反应。所有这些因素都在生长、衰老、癌症、神经变性和记忆形成等生物现象中发挥着重要作用。博伊登说："我们可以认为所有这些现象都代表了一类普遍的生物问题，即某些短期事件--如摄入某种营养物质、学习某些知识或受到感染--会产生长期变化。"除了进行这些类型的研究，博伊登的实验室还在努力扩大可切换荧光团的范围，以便研究细胞内的更多信号。他们还希望调整该系统，使其能用于小鼠模型。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401541.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1401541.htm