基于全局特征引导和注意力的宫颈细胞核分割

针对宫颈细胞中正常和异常细胞核大小形态各异、细胞图像中存在干扰物影响分割等问题,本文提出一种基于全局特征引导和注意力的分割网络来提高细胞核分割精度。首先以U型网络结构作为主体,引入全局特征引导模块,充分提取各个阶段的特征获得不同层次的全局上下文信息,克服了U型网络单阶段上下文信息提取能力不足的问题以更好地处理不同形状的细胞核,提高边缘分割精度;其次,引入改进的注意门结构抑制图像中干扰物的信息,突出细胞核的信息,提高模型对干扰信息的辨别能力。在Herlev数据集上的实验结果表明,本文的方法能够有效地提高细胞核分割精度,在定量分析中Dice系数为0.9413,相较于其他方法具有一定的优势。

基于Transformer与距离图谱的泛癌细胞核图像分割

肿瘤细胞的密度、核质比和平均尺寸等指标对癌症的分级和预后有重要的意义.在计算病理学中,细胞核分割是肿瘤微环境分析的基础.通过对分割结果进行统计分析,对新的肿瘤标记物的探索有重大的意义.病理图像背景下的细胞核形态不规则,细胞核染色不均匀,且细胞核边缘之间存在黏连的问题,而现有的深度学习算法在细胞核主体分割正确的情况下,边缘的分割错误不会对总体的损失造成太大的影响,黏连的细胞核很容易被当作同一个分割目标.为了解决细胞核重叠问题,本文提出一种基于Transformer与距离图谱的分割模型,将Transformer中的核心多头自注意力机制与距离图谱引导算法相结合,重视细胞核内部,弱化细胞核边界,提升对图像局部和全局上下文信息的学习能力.本文方法在两个公开数据集上的平均Dice系数为0.7979、精度为0.7561、AJI系数为0.6672、Hausdorff距离为10.11.实验结果表明,相较其他分割算法,本文方法的性能更好,能够有效提高细胞核的分割精度,同时较好地解决了细胞核之间的黏连问题.

基于单细胞核转录组测序的多发性大动脉炎外周血单个核细胞图谱分析

目的基于单细胞核转录组测序(snRNA-seq)技术描绘多发性大动脉炎(TAK)外周血单个核细胞(PBMC)基因和功能的异质性改变,阐述TAK可能的免疫机制。方法收集确诊为TAK患者的PBMC共6例为疾病组(TAK组),同期就诊的健康人群6例PBMC为正常组(NC组)。基于snRNA-seq工作流程建库测序,下机数据采用R 3.6.2软件进行主成分分析(PCA)及t-分布随机邻域嵌入(tSNE)分析等手段对两组PBMC样本池的单个核细胞的基因表达进行检测。结果TAK患者PBMC的免疫细胞的相对比例和含量都发生了改变;高克隆TCR可高度同源性匹配整合素beta-3的氨基酸序列;T细胞介导的干扰素γ和TNFα通路显著上调;TNFRSF13B+记忆B细胞比例明显升高;所有细胞类型中单核细胞所形成的的配体受体相互作用始终最多。结论TAK的发生发展过程中PBMC参与了复杂的调节,多种免疫炎症因子异常表达,其中单核细胞在PBMC的相互作用中占据了重要地位。

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。

细胞核生物力学研究进展

细胞核是细胞内最大、刚度最高的细胞器,也是遗传信息储存、复制和转录的中心场所,在生命活动调节方面发挥关键作用.研究表明,生物力学因素在细胞核结构和功能的动态变化调控中至关重要.核骨架蛋白和核孔复合体作为细胞核典型的力学响应组分,在维持细胞核形态结构的同时将细胞骨架传递而来的力呈递至染色质,进而影响染色质构象、基因表达等一系列细胞核相关活动,调控细胞功能.细胞核及其组分对应力信号的感知和转导已成为生物力学研究的前沿热点之一.为更深入地认识生理和病理状态下细胞核的力学特性,揭示其在细胞命运决定中的作用和机制,本文总结了细胞核生物力学相关的研究进展,重点介绍了细胞核骨架、核孔复合体和染色质的物理结构、力学响应过程、各组分的相互作用以及用于细胞核生物力学研究的技术进展,最后总结了细胞核与早衰综合症、神经退行性疾病和心血管疾病的关系,并对细胞核生物力学未来发展进行了展望.

虚拟对抗训练的跨域块对比半监督细胞核分割

针对目前细胞核的半监督对比学习语义分割质量高度依赖于平滑、正确伪标签的预测等问题,提出了虚拟对抗训练的跨域块对比学习半监督细胞核语义分割方法。该方法将虚拟对抗训练(VAT)方法融入到跨域块对比学习半监督细胞核语义分割模型中用以提升网络预测伪标签的平滑度与准确度,并使用像素自加权的一致性正则化损失替换原有的人工设置高置信度阈值的一致性正则化损失,对图像中各像素的损失自加权,正确地对网络预测的伪标签进行有效利用。实验结果表明,在有标签图片比例为1/32,1/16和1/8下,该方法在MoNuSeg数据集上的医学图像分割评估指标Dice系数和Jaccard系数分别较CDCL模型提升了0.96百分点和1.11百分点,0.74百分点和0.85百分点,1.40百分点和2.00百分点,在DSB数据集上的Dice系数和Jaccard系数分别较CDCL模型提升了1.69百分点和2.27百分点,1.47百分点和2.19百分点,1.24百分点和1.77百分点。

肝细胞核因子-1b在糜烂性毒剂2-氯乙基乙基硫醚诱导急性肺支气管上皮细胞损伤中的作用及其机制

目的:探讨肝细胞核因子-1b(HNF-1b)在糜烂性毒剂2-氯乙基乙基硫醚(CEES)诱导人源性肺支气管上皮细胞(BEAS-2B)损伤中的作用及其机制。方法:用不同浓度(0、0.4、0.6、0.8、1.0和1.2 mmol/L)的CEES染毒BEAS-2B细胞24 h,使用CCK-8法检测细胞活力,光镜下观察细胞形态,分别采用DCFH-DA和MitoSOX荧光探针检测细胞总活性氧(ROS)和线粒体ROS水平。Western blot检测BEAS-2B细胞中HNF-1b蛋白的表达。再利用慢病毒感染技术构建过表达HNF-1b的BEAS-2B细胞系,用1 mmol/L CESS处理24 h后,分别采用CCK-8法测定细胞活力,Annexin V-FITC/PI双染法检测细胞凋亡率,MitoSOX和DHE荧光探针检测线粒体ROS和细胞总ROS水平,JC-1染色法检测线粒体膜电位。结果:与对照组比较,0.6~1.2 mmol/L CEES染毒后细胞活力均降低(P<0.01);细胞形态发生损伤性改变;0.8~1.2 mmol/L CEES染毒后细胞总ROS和线粒体ROS水平均增加(P<0.01);CEES染毒组细胞HNF-1b蛋白表达水平显著下调(P<0.01)。慢病毒转染后,与对照组正常细胞相比,CEES染毒组HNF-1b过表达细胞的细胞活力显著增加(P<0.01),细胞凋亡率降低(P<0.01),线粒体膜电位的损伤缓解,且线粒体ROS和细胞内总ROS水平显著降低(P<0.01)。结论:糜烂性毒剂CEES能够导致肺支气管上皮细胞中HNF-1b表达降低,过表达HNF-1b能够减轻CEES诱导的细胞损伤和凋亡,抑制线粒体功能障碍,其机制可能与抗氧化有关。上述结果提示HNF-1b可能是糜烂性毒剂导致肺损伤的新靶点,激活HNF-1b可能是糜烂性毒剂毒性靶点治疗的新策略。

细胞核程序性死亡-配体1在肿瘤发生发展及免疫逃逸中的作用和机制研究进展

程序性死亡配体1(PD-L1)作为一种Ⅰ型跨膜蛋白,在肿瘤细胞或肿瘤浸润免疫细胞中表达上调,并与T细胞上的程序性死亡受体-1(PD-1)结合导致T细胞功能障碍,引起肿瘤免疫逃逸。针对PD-1/PD-L1的免疫治疗在部分肿瘤中显示出良好的抗肿瘤作用,但不少肿瘤对此疗法无效果或很快产生耐药。最新研究发现PD-L1可转运至细胞核内,并在调节姐妹染色单体凝聚、免疫相关基因转录、细胞焦亡、肿瘤干细胞形成、细胞周期、细胞衰老和肿瘤血管形成等细胞生物学过程中发挥重要的作用。本文就目前细胞核PD-L1的新作用及机制进行综述,期望为以PD-L1为靶点开展的肿瘤免疫治疗研究提供新的思路和依据。

基于可变形注意力transformer的胃肠癌病理图像细胞核自动分割方法

目的使用深度学习算法实现胃肠癌病理图像的细胞核自动分割,辅助后续病理图像的定量分析。方法以2022年1月—2022年2月在上海交通大学医学院附属瑞金医院就诊的59例胃肠癌患者为研究对象,采用python和LabelMe对患者的病理图像进行数据脱敏、图片切割和感兴趣区域标注,共纳入944张病理图像,标注了9703个细胞核。通过构建一种基于深度学习的新型语义分割模型,模型引入可变型注意力transformer(deformable attention transformer,DAT),实现了病理图像细胞核自动、精准、高效分割,并采用多种分割评价标准评估模型性能。结果模型分割结果的平均绝对误差值(mean absolute error,MAE)为0.1126,骰子系数(dice coefficient,Dice)为0.7215,其效果明显优于U-net基线模型,并领先于ResU-net++、R2Unet和R2AttUnet等模型,且分割结果相对稳定,泛化性好。结论本研究建立的分割模型能够精准识别并分割出病理图像中的细胞核,鲁棒性和泛化性较好,有助于在实际应用中辅助诊断。

全尺度上下文融合网络用于医学细胞核分割

针对细胞核图像边界模糊、对比度低,且细胞间易发生粘连等特点而导致难以准确分割的问题,本文提出了一种全尺度上下文融合网络用于细胞核的精准分割。首先,该模型结合全局上下文信息,设计了一个高级金字塔传导模块,用于对跳跃连接进行重构,为解码器提供全局信息传导流;其次,在编码器顶部创新性地加入了尺度聚合模块,该模块通过自学习可以动态地为不同尺度的目标选择合适的感受野,更好地融合多尺度上下文信息;同时,为了更好地利用最有用的特征通道,在上采样阶段加入了通道注意力机制;最后,使用改进的混合损失函数解决类不平衡的问题。在Data Science Bowl 2018和TCGA 2个数据集上进行实验,结果表明,所提出的算法能够提高对细胞核的分割性能。

对“动物体细胞核移植技术和克隆动物”一节中几个问题的解释

列举了“动物体细胞核移植技术和克隆动物”一节中的几个问题,结合文献对这些问题进行解释,以期为教学提供参考。

α_(1A)-肾上腺素能受体与增强型绿色荧光蛋白标记的活化T细胞核因子2稳定共表达细胞的构建

目的建立α_(1A)-肾上腺素能受体(α_(1A)-AR)与增强型绿色荧光蛋白(EGFP)标记的活化T细胞核因子2(NFAT2)稳定共表达细胞。方法①将pcDNA3.1-α_(1A)-AR-3×FLAG重组质粒转染至U2OS-EGFPNFAT2细胞,经潮霉素B(Hygro-B)200 mg·L^(-1)压力筛选后加入α_(1A)-AR激动剂去甲肾上腺素(NE,10μmol·L^(-1))孵育30 min,通过高内涵筛选系统检测细胞核内绿色荧光强度,验证EGFP-NFAT2核转位,筛选得到稳定表达α_(1A)-AR的U2OS-EGFP-NFAT2-α_(1A)-AR细胞。②采用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)和Western印迹法检测该细胞和对照细胞U2OS-EGFP-NFAT2中α_(1A)-AR mRNA和蛋白的表达水平。③将U2OS-EGFP-NFAT2-α_(1A)-AR细胞接种于96孔板,分别加入NE(10^(-8)~10^(-5) mol·L^(-1))或α2-AR激动剂右美托咪定(DMED,10^^(-8.8)~10^(-5) mol·L^(-1))孵育30 min,通过高内涵筛选系统检测EGFP-NFAT2核转位。④将U2OS-EGFP-NFAT2-α_(1A)-AR细胞分为溶剂对照组、α1-AR拮抗剂萘派地尔(1μmol·L^(-1))组、NE(1μmol·L^(-1))组、萘派地尔+NE(各1μmol·L^(-1)共孵育)组、α2-AR拮抗剂阿替美唑(0.1μmol·L^(-1))组、DMED(0.1μmol·L^(-1))组、阿替美唑+DMED(各0.1μmol·L^(-1)共孵育)组和萘派地尔+DMED(萘派地尔1μmol·L^(-1)与DMED 0.1μmol·L^(-1)共孵育)组,药物孵育时间均为30 min,通过高内涵筛选系统检测EGFP-NFAT2核转位,验证该细胞α_(1A)-AR功能的特异性。结果①Hygro-B压力筛选得到58株U2OS-EGFP-NFAT2-α_(1A)-AR细胞,NE 10μmol·L^(-1)孵育后,其中50号细胞核内绿色荧光强度最强,故选定其为稳定共表达α_(1A)-AR和EGFPNFAT2的U2OS-EGFP-NFAT2-α_(1A)-AR细胞。②Western印迹法结果显示,U2OS-EGFP-NFAT2-α_(1A)-AR细胞可明显表达α_(1A)-AR蛋白,而对照细胞U2OS-EGFP-NFAT2中未见α_(1A)-AR蛋白表达。RT-qPCR结果显示,该细胞在传代5~20代内α_(1A)-AR mRNA均稳定表达,其表达水平为对照细胞的500~800倍。③NE或DMED使U2OS-EGFP-NFAT2-α_(1A)-AR细胞中EGFP-NFAT2核转位明显增加,半数有效浓度(EC50)分别为5.94×10^(-7)和6.15×10^(-8) mol·L^(-1)。④与溶剂对照组和萘派地尔组比较,NE组U2OS-EGFP-NFAT2-α_(1A)-AR细胞EGFP-NFAT2核转位明显增强(P<0.01),而萘派地尔+NE组EGFP-NFAT2核转位较NE组明显减弱(P<0.01)。与溶剂对照组和阿替美唑组比较,DMED组EGFP-NFAT2核转位明显增强(P<0.01),阿替美唑+DMED组EGFP-NFAT2核转位与DMED组比较无明显差别,而萘派地尔+DMED组EGFP-NFAT2核转位较DMED组明显减弱(P<0.01)。结论成功构建稳定共表达α_(1A)-AR和EGFP-NFAT2的U2OS-EGFPNFAT2-α_(1A)-AR细胞,可用于靶向α_(1A)-AR化合物筛选和受体分子机制研究。

单细胞核测序揭示人肾上腺皮质腺瘤细胞组成及其基因表达谱特征

目的基于单细胞转录组测序探讨肾上腺皮质腺瘤(ACA)细胞组成及其基因表达特征。方法收集2022年7—8月深圳市龙华区人民医院的2例ACA患者术后切除样本,通过单细胞转录组测序法分离鉴定细胞组成,采用特异性的皮质细胞亚群标志物细分肾上腺皮质亚群,并研究其特征性基因表达谱。结果通过2例ACA样本的单细胞转录组测序分析发现,ACA主要包括肾上腺皮质细胞(78.62%)、内皮细胞(1.91%)、成纤维细胞(3.09%)、巨噬细胞(14.34%)以及T细胞(2.05%)。将皮质细胞进一步细分发现,除球状带(ZG)细胞(1.77%)、束状带(ZF)细胞(94.98%)以及网状带(ZR)细胞(2.17%)之外还存在一群未定义细胞(1.08%),这些未定义细胞特征性高表达细胞间黏附分子1、生长停滞和DNA损伤诱导蛋白β、肿瘤坏死因子α诱导蛋白3以及CD36分子。根据基因表达相关性分析发现,这群未定义细胞与ZF细胞亚群相关性最高。差异表达基因(DEGs)GO富集分析发现代谢过程富集指数最高;Reactome富集分析发现免疫系统细胞因子信号反应最为显著,KEGG信号通路分析发现DEGs主要参与Th17细胞分化相关通路;DO富集分析发现DEGs与病毒感染相关性最大。结论本研究揭示了ACA细胞亚群基因表达谱特征,为ACA机制研究提供了一定的参考依据。

大单元视角下“细胞核的结构和功能”教学设计

以“细胞核的结构和功能”为例,在大单元视角下,以重要概念为单元教学主题,以相关的次位概念为课时教学主题,选择主线式情境,帮助学生建构合理的知识框架,提升学生解决问题的能力,发展学生的学科核心素养。

不同修复方法改善因固定不良引起细胞核灰染的比较

目的探索不同修复方法对改善因固定不良导致苏木精-伊红(HE)染色细胞核灰染的效果,提高HE染色质量。方法收集7例因固定不良导致HE染色细胞核灰染的胃肠镜活检小组织,重新切片,用磷酸盐缓冲液(PBS)高温高压、水煮,柠檬酸盐修复液高温高压、水煮以及乙二胺四乙酸(EDTA)抗原修复液高温高压、水煮6种方法修复后行HE染色,以此设为对照,比较各种方法的染色效果。结果6种方法都可以改善细胞核灰染的问题,同时使组织中幽门螺杆菌更易于观察,以PBS缓冲液和柠檬酸盐修复液高温高压修复效果较好,EDTA抗原修复液高温高压和水煮都有细胞核挤压变形,胞质被破坏的现象。结论PBS缓冲液和柠檬酸盐修复液高温高压都可以较好地改善细胞核灰染问题,并使幽门螺杆菌更易于观察。

长链非编码RNA活化T细胞核因子非编码基因和长链非编码RNA小分子NF90相关RNA与三阴性乳腺癌预后的相关性分析

目的 探究长链非编码RNA(lncRNA)活化T细胞核因子非编码基因(NRON)和lncRNA小分子NF90相关RNA(snaR)与三阴乳腺癌(TNBC)预后的相关性。方法 2018年2月~2020年2月我院收治的TNBC病人100例,术中取其肿瘤组织及癌旁组织,根据3年随访预后情况将其分为预后良好组(72例)与预后不良组(28例)。采用实时定量荧光PCR(RT-qPCR)法检测肿瘤组织与癌旁组织lncRNA NRON、lncRNA snaR表达水平。Pearson法分析TNBC病人肿瘤组织lncRNA NRON与lncRNA snaR的相关性。多因素Cox回归分析TNBC病人预后的影响因素。受试者工作特征(ROC)曲线分析TNBC病人肿瘤组织lncRNA NRON和lncRNA snaR表达水平对预后的预测价值。结果 与癌旁组织相比,TNBC病人肿瘤组织lncRNA NRON表达水平显著下降(1.01±0.10比0.65±0.08,P<0.001),lncRNA snaR表达水平显著上升(1.03±0.13比2.42±0.30,P<0.001)。lncRNA NRON、lncRNA snaR表达水平与TNM分期、肿瘤分化程度有关(P<0.05)。与预后良好组相比,预后不良组TNBC病人肿瘤组织lncRNA NRON表达水平显著下降(0.69±0.09比0.55±0.05,P<0.001),lncRNA snaR表达水平显著上升(2.28±0.26比2.78±0.40,P<0.001)。Pearson法分析显示,TNBC病人肿瘤组织lncRNA NRON与lncRNA snaR表达水平呈负相关(r=-0.617,P<0.001)。多因素Cox回归分析结果显示,lncRNA NRON是TNBC病人预后的保护因素(P<0.05),lncRNA snaR是TNBC病人预后的危险因素(P<0.05)。lncRNA NRON和lncRNA snaR表达水平联合预测TNBC病人预后优于lncRNA snaR单独预测(Z_(二者联合-lncRNA snaR)=3.200,P=0.001)。结论 TNBC病人肿瘤组织中lncRNA NRON表达下调,lncRNA snaR表达上调,二者与TNBC病人预后有关,可能是TNBC预后预测的生物标志物。

基于弱监督的细胞核图像分割算法

细胞核分割在组织病理学图像分析中扮演着重要的角色。基于像素级别标注的细胞核图像分割算法已经取得了显著的效果,但由于细胞核数量众多且体积较小,标注工作量大,很难获取高质量数据集。因此,提出了一种基于弱监督的细胞核图像分割算法,仅对部分细胞核进行点标注就可以完成细胞核图像的分割任务。为了能够利用部分点进行分割,首先训练一个检测模型来获取所有细胞核的位置,然后基于检测结果生成两种伪标签用于细胞核分割。实验结果表明,与基于像素级别标注的细胞核图像分割算法相比,文章的方法在保证分割性能的同时大大降低了标签标注工作量。

金纳米棒在光热治疗中的新策略——靶向细胞核

肿瘤已成为对人类健康的巨大威胁之一是全球共同面对的持续性公共卫生挑战。造成恶性肿瘤发病率上升的根本原因是遗传和环境压力等因素诱发细胞分裂增殖调控失常而导致的恶行病变。近些年来,相继提出了各种新开发的癌症治疗策略,包括光动力治疗,光热治疗,基因治疗等。光热治疗法(PTT)作为一种非入侵性的新兴抗肿瘤治疗方法,逐渐的成为抗肿瘤领域的研究热点。原理是利用纳米材料的靶向识别技术聚集在肿瘤组织附近,在近红外光的照射下将光能转化为热能,从而杀死癌细胞。随着纳米技术的迅速发展,与纳米材料结合的PPT逐渐进入研究者的视野,在肿瘤检测与治疗监测领域取得了重大进展。

核心素养视域下的课堂教学实践——以《细胞核的结构和功能》为例

生物学学科核心素养四个要素是教师开展课堂教学的关键目标,各个维度互相联系、互相促进。本文以《细胞核的结构和功能》一节为例,对课堂教学现状进行探析,并思考落实不同维度生物学学科核心素养的教学策略,以期为核心素养视域下的课堂教学实践提供参考。

基于双路特征的宫颈细胞核分割

宫颈细胞核的分割问题研究对宫颈癌筛查诊断具有重要意义,但受边缘模糊及存在干扰物影响给分割任务带来了巨大挑战。针对此问题提出一种基于DeepLabV3+网络的细胞核分割方法,首先充分利用主干网络的输出进行多尺度特征融合,并引入注意力机制,构建了细胞团分割模型,以减少背景中干扰物对细胞核分割的影响;基于此设计了融合Transformer与ResNet50的双路特征提取模块,兼顾模型对全局信息的获取及低层上下文特征的敏感度,提高了模型对细胞核与干扰信息的辨别能力。实验结果表明,算法在宫颈细胞核的分割任务中取得了良好的分割效果,均交并比为0.8329,较DeepLabV3+模型提高了2.33%,且与其他方法相比获得了更优的性能指标。