抗肿瘤纳米药物多尺度递送过程中微丝骨架的功能与调控机制研究

目的纳米药物递送是一个以靶细胞为终点,细胞外基质(ECM)参与密切调控的跨尺度力学-生物学耦合过程。肿瘤ECM作为肿瘤进展过程中特化的结构支撑,其高密度、高固体应力、高刚度的力学微环境已成为阻碍纳米药物递送的严峻挑战。因此,本研究期望通过理解基质力学如何影响纳米药物的递送,来探索能够克服肿瘤力学微环境障碍的纳米递送策略。方法通过构建刚度可调的PAA水凝胶和多细胞微图案模拟肝癌恶性进展中异质性的力学微环境,并通过BAPN腹腔注射建立刚度可调的皮下及原位肝癌移植瘤小鼠模型,从体内外水平开展研究。结果本研究明确了不同力学微环境中,肿瘤细胞微丝骨架的机械响应特性,阐明了基质刚度对纳米药物渗透及摄取的影响。软化肿瘤基质不仅创造了有利于纳米药物递送的ECM,还可抑制细胞微丝骨架的聚合,这些转变形成了有助于纳米药物穿透和内化到癌细胞中的跨尺度力学-生物学耦合条件,将纳米药物体内治疗效果提高了2.7倍。结论这些发现揭示了微丝骨架在ECM力学调控下的生物学响应对于优化纳米药物递送、提高肿瘤治疗效果中的重要意义。而“力-纳米”协同靶向的抗肿瘤药物递送策略,有望为克服肿瘤特异性力学微环境、促进纳米药物渗透和靶细胞摄取提供新的思路。

肌球蛋白通过FAK-Rho-ROCK信号轴调控肿瘤细胞群体迁移机制研究

目的癌症的转移是患者死亡率高的重要原因,肿瘤细胞往往以多细胞共同运动的方式进行群体迁移。Rho激活肌球蛋白,肌球蛋白介导的收缩在细胞内产生张力。本研究探讨了细胞的高收缩性是否可以激活由内向外的信号转导,以及细胞内力如何促进细胞的群体迁移。方法本研究选择具有群体迁移特性的乳腺癌MCF-7细胞作为研究对象,利用慢病毒转染手段构建3种具有不同肌球蛋白活性的细胞株。通过细胞划痕实验,免疫荧光染色,蛋白质免疫印迹,牵引力显微镜,FRET,光遗传学等实验方法探究了肌球蛋白高度活化对肿瘤细胞群体迁移的影响,并深入研究了其中肌球蛋白的作用和相关分子机制。结果肌球蛋白活性增加会导致肿瘤细胞群体迁移受到抑制。活化的肌球蛋白通过高细胞收缩力改变FAK的分子结构,从而导致FAK活化进而激活Rho-ROCK通路,使胞内收缩力得到进一步加强,形成正反馈循环。同时FAK可以进一步诱导黏着斑的形成,增强细胞与胞外基质间的黏附力。结论本研究阐明了肌球蛋白不仅位于FAK-Rho-ROCK信号轴的终点,还可以通过机械力学信号影响其上游信号通路,为探明乳腺癌细胞群体迁移机制提供了新的研究方向。

基底肌球蛋白脉冲介导的细胞扁平化与组织伸长

目的肌动蛋白网络通过收缩细胞表面或胞间连接改变细胞、组织形态。然而,细胞受机械应力作用扩张时,肌动蛋白网络会增强、极化以松弛应力,保持细胞极性与结构稳定。因此,细胞面临肌动蛋白收缩增强与细胞(或组织)扩张行为间的矛盾。方法以果蝇卵室发育后期上皮扩张为模型,结合生物学实验(活细胞成像、光遗传学等)与力学模型探究其中的生物力学机制。结果发现一种新型上皮细胞扩张波,经历皱褶、起始与扩张三步。扩张过程中Rac1和Rho1信号时空协调,将脉冲肌动蛋白网络与褶皱和黏着斑等事件相联系,增加、稳定细胞基底面积,使上皮细胞扁平化、伸长。上皮细胞扩张以定向波的形式逐步出现,并将细胞扁平化、伸长与卵母细胞生长、延伸联系起来。超分辨显微成像揭示脉冲肌球蛋白是由弱丝和短支链结构组成的不同于经典结构的非线性模式,且肌动、肌球蛋白网络信号时空分离,这也解释了脉冲肌球蛋白展现扩张效应的物理基础。利用包含扩张特性脉冲肌球蛋白的力学模型能很好模拟上皮细胞扩张波与卵母细胞的生长、延伸及信号分子调节。结论肌动球蛋白网络除了传统收缩特性外,其扩张效应也是驱动组织形态发生的关键,同时解释了肌动球蛋白网络增强与细胞扩张行为间的矛盾。

小窝蛋白-1介导乳腺癌代谢重编程的机制研究

目的代谢重编程是肿瘤恶性发展的重要特征,本研究旨在探究小窝蛋白-1(Cav-1)在乳腺癌代谢重编程中的作用及潜在调控机制,以更深入地了解乳腺癌新陈代谢的改变,为开发更有效的抗癌药物提供指导。方法通过广泛搜索和整理相关研究,结合实验技术包括LC-MS、q PCR、WB、免疫荧光、ELISA等,探究Cav-1对乳腺癌细胞(MDA-MB-231)能量代谢的影响,并对其潜在调控机制进行探索。最后在小鼠体内验证Cav-1在调节肿瘤糖酵解中的作用。结果实验结果表明,沉默Cav-1显著促进乳腺癌细胞对葡萄糖的吸收和乳酸的产生,并抑制氧化磷酸化水平。进一步探索发现,Cav-1通过影响细胞骨架排布来调节醛缩酶(ALDA)的分布与活性,最终影响糖酵解水平。体内实验证实了Cav-1对小鼠肿瘤糖酵解及氧化磷酸酸化的影响与细胞水平结论一致。结论本研究从Cav-1出发,深入研究了其与乳腺癌代谢重编程的关系及潜在机制,为更好地了解乳腺癌新陈代谢的改变提供了新的视角。这为识别酶或进行联合干预治疗提供了基础,有望为更有效的抗癌药物开发提供指导。

Nesprin 1/2通过细胞核形变促进乳腺癌细胞孔隙迁移

目的癌细胞扩散和转移时需要通过狭窄(0.1~30μm)的受限空间,如细胞间连接处等。细胞核作为最大和最硬的细胞器是穿越限制空间的关键。Nesprin 1/2是细胞骨架和细胞核的物理纽带,在向细胞核传递机械信号方面至关重要,但其调节肿瘤细胞核形变的具体机制尚不清楚,本研究主要探究了Nesrin 1/2在其中的作用和机制。方法本研究采用孔径为3μm的Transwell小室构建体外肿瘤细胞穿孔模型。结合免疫荧光、免疫印迹等技术探讨了空间限制对乳腺癌细胞迁移的影响。结果敲低Nesprin 1/2显著削弱细胞迁移能力,使细胞核更易变形并导致Lamin A/C表达水平降低。用caspase-6抑制剂Z-VEID-FMK、自噬抑制剂3-甲基腺嘌呤(3-MA)或广谱蛋白酶体抑制剂MG132处理细胞,发现敲低Nesprin 1/2后通过蛋白酶体途径导致Lamin A/C降解且会削弱核尾处来自F-actin的推力,使其无法推动核向前。结论敲低Nesprin1/2会降低细胞迁移能力,这可能是由于细胞骨架无法作用于细胞核而导致细胞核定位和细胞迁移缺陷所致。而Lamin A/C蛋白水平的降低进一步说明Nesprin 1/2敲低导致Lamin A/C表达水平降低,使细胞核更容易发生变形,证实了Lamin A/C在调节细胞核变形中的重要性。本研究表明,Nesprin 1/2调控核变形和核细胞骨架,影响细胞孔隙迁移。

ER-MITO钙转运促进软基质诱导的肿瘤细胞线粒体自噬

目的尽管线粒体形态和功能被认为与基质力学驱动的肿瘤进展密切相关,但目前很少有关于细胞外基质(ECM)刚度影响线粒体动力学和线粒体自噬的研究。因此,探究ECM刚度影响线粒体自噬规律及其调控机制对于恶性肿瘤治疗具有积极意义。方法通过构建不同刚度的水凝胶模拟乳腺癌发展过程中ECM刚度的变化,结合显微成像与免疫化学等技术分析培养在不同刚度上细胞线粒体自噬变化规律。通过构建具有软ECM的小鼠肿瘤模型,探究活体内ECM刚度影响线粒体自噬情况。结果软基质通过增加内质网(ER)钙释放和线粒体(MITO)钙摄取来触发钙转运。ER-MITO钙转运促进Drp1向线粒体募集及丝氨酸616位点的磷酸化,从而诱导线粒体分裂和Parkin/Pink1介导的线粒体自噬。体内动物实验表明,软ECM可提高肿瘤组织内的钙水平,诱导线粒体分裂及自噬。结论本研究揭示了软基质通过影响ER-MITO钙转运调节线粒体分裂和自噬的机制,为恶性肿瘤治疗提供生物力学领域独特的视角。

三维力学微环境中压应力诱导肿瘤细胞染色质结构重塑

目的细胞核在受到细胞内、外部力学刺激后,会改变核结构以保护遗传物质的完整、适应新环境。然而三维力学微环境如何将力学信号转导至细胞核内,参与基因组复杂的时空控制,影响染色质构型并调控基因表达,调节肿瘤的恶性进程目前知之甚少。方法本研究构建了不同刚度胞外基质3D肿瘤细胞培养与加压模型,模拟肿瘤细胞生长中的固体应力微环境,分析压力对细胞核结构的影响,运用全基因组测序技术(ATAC-seq及RNA-seq)分析了压应力作用下乳腺癌细胞内染色质可及性与全基因组表达的改变。结果施加2 h压应力后,乳腺癌细胞细胞核3D结构的明显改变提示其通过形变响应外界压力;ATAC-seq及RNA-seq结果显示压应力可增加肿瘤细胞中染色质的可及性,调节基因表达,参与肿瘤恶性进展。然而,H3K27me3、H3K9ac等免疫荧光染色显示短期的压应力不影响肿瘤细胞中染色质组蛋白修饰,说明染色质可及性增加并非通过改变染色质修饰实现。进一步,使用机械探针发现核内染色质可在受到压力后发生局部拉伸与压缩。结论本研究发现3D力学微环境中,压应力能快速传递到细胞核,破坏细胞核机械稳态;染色质作为核内机械响应元件,压应力可直接机械拉伸染色质,重构染色质三维结构,增加染色质可及性,调节基因表达。

压应力作用引发细胞钙信号变化影响肿瘤细胞增殖与迁移的机制初探

目的肿瘤细胞受到由细胞增殖所引起的压力作用。细胞内各类钙离子通道可将机械信号转导为钙信号,调节细胞行为。本研究希望探究压力是否通过调节钙瞬态影响肿瘤细胞增殖、迁移,并阐明其潜在的分子机制。方法构建体外肿瘤细胞压力加载体系,分析细胞增殖和迁移行为变化情况。利用钙探针,分析细胞钙水平变化与钙振荡频率变化。使用抑制剂与基因沉默探讨各类钙通道在压力应答中的作用,并进一步探究潜在的调控机制。结果对MDA-MB-231和HELA细胞施加0~100 k Pa的气压,发现压力对肿瘤细胞增殖和迁移等行为的调节具有剂量效应,低压(40 k Pa)有促进作用,高压(60、100 k Pa)则会抑制。利用钙荧光探针标记胞内游离钙离子,在加压条件下对胞内钙离子进行时序分析,发现加压后钙信号水平均显著升高,钙振荡频率增加、振幅增大、振荡细胞占比增加。抑制PIEZO1会阻碍加压引起的钙信号变化,且钙振荡仅表现为实验起始的单次;抑制IP3R,钙信号与抑制PIEZO1类似且更强烈,并能完全消除钙振荡。结论压力可激活肿瘤细胞PIEZO1和IP3R钙通道,调节胞质钙离子浓度,影响细胞钙信号动态,进而调控肿瘤细胞增殖和迁移行为。本研究阐明了压力通过钙信号转导途径影响肿瘤细胞行为的分子机制,为相关靶点药物开发提供新视角。

Notch-1通过胞间连接和骨架重塑调控肿瘤细胞群体迁移

目的肿瘤细胞往往以多细胞共同运动的方式进行群体迁移,为了探究Notch家族对肿瘤细胞群体迁移的影响,探究了Notch-1活化对肿瘤细胞群体迁移的影响以及其内在的细胞力学调控机制。方法选择具有群体迁移行为的乳腺癌MCF-7细胞,且利用细胞稳定转染技术构建了Notch-1活化程度不同的细胞系,通过细胞划痕、细胞免疫荧光染色等实验探究了Notch-1活化对肿瘤细胞群体迁移的影响,并进一步探究了Notch-1对细胞间连接和细胞骨架重构的影响及其分子机制。结果Notch-1活化通过激活GSK-3β,使胞质内游离的β-catenin被GSK-3β复合物降解而不能入核,E-cadherin表达增加,细胞间连接更为紧密。活化的Notch-1还能激活Rho A/ROCK通路,促进F-actin重组聚合,肌球蛋白产生收缩力。另外,Notch-1活化后细胞与细胞外基底黏附力增强,抑制了细胞的迁移。结论Notch1活化通过增强细胞-细胞间连接与细胞-胞外基质连接两方面共同抑制肿瘤细胞群体迁移,本研究可能为以Notch-1相关信号为靶点的抗肿瘤药物研发提供理论依据和参考信息。

防弹复合材料的研究进展

介绍防弹复合材料的设计要求、研究进展和目前仍存在的问题 ,以及防弹复合材料在人员防护领域中应用前景 ,为防弹复合材料的设计提供了初步的轮廓。认为先进防弹复合材料是当今防弹材料的发展趋势。

机械振荡刺激对菊花愈伤组织营养元素吸收的研究

菊花茎尖来源的愈伤组织经机械振荡刺激后其生长速率显著高于对照组，但存在一个最佳振荡频率。在这个最佳振荡频率下，愈伤组织对营养元素的吸收率最高，而后随着振荡频率的增大，其对营养元素的吸收率又降低，表现出抑制效应，这进一步说明了机械振荡刺激对愈伤组织的生长具有双向效应。为了进一步探讨机械振荡的生物学效应，对细胞内的钙离子的分布进行了化学定位，在细胞质和液泡内的钙离子的分布存在很大的差异，并初步探讨了机械振荡刺激加速对营养元素吸收的可能机理。

植物对环境应力刺激的生物学效应

植物生长在自然环境中由于其“不动性”而不可避免地要受到各种环境应力的刺激 ,应力 生长关系一直是生物学家和物理学家所关心的课题 ,是生物力学的灵魂。很多研究已经表明外界应力作用对植物的生长发育有着重要的影响。本文综述了国内外关于应力对植物组织所引起的生物学效应 ,首先论述了环境应力所引起的宏观生物学效应 ,随后重点论述了环境应力所引起的生物学效应在细胞和分子水平上的研究 ,其中包括单个细胞的加载、电磁场、微重力、超声波、强声波等所引起的生物学效应 ,并论述了其可能存在的作用机理 。

肿瘤细胞力学与力学生物学研究进展

肿瘤从发生发展到最后完成转移,整个过程是一个高度调控、高度复杂的病理学过程。首先,少部分原发病灶的肿瘤细胞会从表皮样向间充质样转变,即发生上皮-间充质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT),从而获得迁移能力,迁移运动至循环系统(血液或淋巴系统),部分肿瘤细胞获得一定的剪切耐受性和抗失巢凋亡的能力,成为循环肿瘤细胞(circulating tumor cells,CTCs),为其进一步转移提供便利。

剪切流场下超声微泡与内皮细胞黏附规律及其应用

新型超声造影剂(超声微泡)的开发已经逐渐成为超声医学的研究热点。该文综述了各类靶向超声微泡在外周血管疾病的超声诊断领域中的研究进展,尤其是在动脉粥样硬化早期诊断和分子影像中的应用。同时还深入阐述了靶向超声微泡在剪切流场下与血管内皮细胞之间的黏附动力学规律,为靶向超声微泡最终广泛应用于临床提供了实验依据和参考信息。

肿瘤细胞间相互作用：Notch-1信号转导与调控机制

Notch-1信号通路在细胞分化、发育以及增殖、凋亡方面起重要作用,并参与肿瘤的发生发展,与肿瘤的侵袭、运动和转移过程密切相关。活化的Notch-1信号通路能够直接或间接调控细胞的增殖和迁移,促进肿瘤细胞发生上皮细胞间充质转换,并维持其间充质特性,增强肿瘤细胞的黏附能力。同时,Notch信号通路与PI3K/Akt、NF-κB等途径交互作用,将信号级联放大,从而加强调控肿瘤细胞的恶性行为。多种实体瘤中存在异常活化的Notch-1信号通路。从Notch的结构和功能、Notch-1信号通路与肿瘤发生和转移的关系、Notch-1调控肿瘤转移的分子机制与调控网络和以Notch为靶点的肿瘤治疗5个方面进行综述。阐明Notch-1信号通路在肿瘤转移过程中的作用与调控机制以及目前针对Notch-1信号通路的治疗策略,能够为肿瘤的病理机制和临床治疗研究提供参考信息。

以文献为导向的教学模式在生物技术制药课程中的探索与实践

生物技术制药是一门多学科交叉、理论性和实践性并重的课程。为培养生物制药领域的研究型创新型人才,探索了以文献为导向的教学模式改革,即通过阅读文献并以讨论课的方式进行学习。从以文献为导向的教学模式的理念和流程、文献类型和课堂讨论方式等方面论述了该教学模式在生物制药教学中的实践,为相关课堂教学改革提供借鉴和参考。

超声空化效应和超声微泡在生物医学中的应用

近年来,随着超声技术在医疗领域的广泛应用及超声造影剂研制的进展,空化效应和超声造影剂协同运用作为一种高效、安全、操作简单,且具有一定靶向性的无创治疗手段,在基因治疗、药物输送、溶栓和治栓,以及炎症与肿瘤的靶向诊断与治疗方面显示了巨大的运用潜力。简要综述了超声空化效应和超声微泡的治疗机制及应用。

硫醇衍生化的纳米金与癌胚抗原相互作用的光学分析

纳米金已在在药物靶向传输体系、疾病检测、分子识别、生物标签等领域有着广泛的应用,但是,由于纳米金的表面效应,大量的表面原子具有巨大剩余成键能力,使得纳米金粒子较容易团聚、沉聚,影响了其稳定性。为了实现对肿瘤靶标之一-癌胚抗原的痕量检测,需要制备出对癌胚抗原检测具有良好的增色效应与荧光增敏效应的纳米材料。该工作采用纳米金的硫醇衍生法制备了一种新型的硫醇衍生化的纳米金材料,并对此新型硫醇衍生化的纳米金材料的特性用透射电子显微镜,紫外-可见吸收光谱,荧光发射光谱和红外光谱等方法进行了研究。紫外-可见吸收光谱,荧光发射光谱的实验结果表明,在新的配体乙二硫醇存在下,有更多的电子从配体的轨道跃迁到与中心离子相关的轨道上,导致荧光增强。这种新型硫醇衍生化的纳米金与癌胚抗原作用时表现出增色效应与荧光增敏效应,而纳米金与癌胚抗原作用时看不到这种增色效应与荧光增敏效应。红外方法的研究结果表明,这种材料的蛋白增色机理为当硫醇衍生化纳米金与癌胚抗原蛋白作用时,体系中蛋白的—OH表现出更多的面外弯曲振动,有利于电子从硫醇衍生化纳米金配合物向蛋白转移而导致其增色和荧光增敏效应。因而这种新的硫醇衍生化纳米金材料比纳米金将具有更好的生物检测应用价值。

生物技术制药课程的研究型教学

生物技术制药是一门多学科交叉、理论性和实践性都很强的课程,传统的教学方式难以满足学生直接参与药物研究开发的需要。转变教学理念,以学生为学习主体,综合利用多种资源,发挥教师的引导作用,把基础科研思维训练引入到教学中,从而将学生培养成具有基本科研素养的人才。

绿茶儿茶酚对活性氧和血管细胞增殖的影响研究

以内皮细胞、中膜平滑肌细胞和HL-60细胞(异常细胞模型),研究了绿茶儿茶酚对3种细胞增殖的影响。用次黄嘌呤-黄嘌呤氧化酶化学发光法研究了绿茶儿茶酚清除活性氧的效果。研究结果表明,1μg/mL的绿茶儿茶酚略可促进内皮细胞增殖;1、3μg/mL的绿茶儿茶酚对中膜平滑肌细胞增殖没有抑制作用;10μg/mL的绿茶儿茶酚减少中膜平滑肌细胞数量。HL-60细胞数量的减少与绿茶儿茶酚浓度呈剂量效应关系。并发现绿茶儿茶酚对细胞活性氧的清除与剂量有关。