定量脑电图在神经和精神疾病辅助诊疗方面的应用进展

大脑控制着人体内各项高级神经活动,大脑的结构异常或功能紊乱会诱发多种神经和精神疾病。目前,神经系统疾病及精神疾病的发病机制仍未完全明确,临床诊断及预后评估尚缺乏客观、精准的定量指标。脑电图是神经和精神疾病常用的检测技术之一,而定量脑电图可以深入分析脑电信号的神经生理特征,为进一步阐明神经和精神疾病的病理机制和探索发现潜在的生物学标志物提供了手段。笔者综述了近年来定量脑电图在神经系统疾病和精神疾病辅助诊疗中的研究进展,介绍了定量脑电图分析的基本原理,总结了常见神经系统疾病(阿尔兹海默病、帕金森病)和精神疾病(精神分裂症)的定量脑电图研究成果。此外,神经及精神疾病的定量脑电图研究普遍存在样本量少、结果普适性差等局限性,采用数据增强技术提高样本量、结合神经影像数据进行多模态分析是未来研究的主要趋势。

口腔硬组织修复材料仿生设计制备和临床转化

口腔疾病几乎涉及到每个个体,严重影响人民健康和生活质量,已经成为制约国民经济发展和社会资源积累的重要问题。牙齿和颌骨是行使口腔功能和支撑外貌轮廓的重要结构基础。小范围牙齿缺损可能引发牙本质过敏症,大范围缺损则会导致牙齿形态和功能破坏,而牙齿缺失常造成牙槽骨吸收低平,不利于后续修复。临床上牙本质过敏症治疗手段非常有限,以牙本质小管封闭为主,其效果不佳且易复发;材料充填是牙体缺损治疗的主要手段,但现有材料与牙齿力学性能匹配差,界面结合不足,修复体寿命短;而牙槽骨低平的垂直骨增量则是世界性难题。究其原因,是缺乏对牙齿微观结构及其构效关系的深入解析,缺少对牙槽骨再生微环境的深入认识,导致材料设计忽视了从微观结构功能仿生到宏观效果实现的协同考量。因此,发展牙齿/颌骨结构与功能高度仿生的修复材料新技术与临床新策略是目前口腔医学研究的重要战略方向。

基于无监督学习的神经精神疾病辅助诊断研究进展

传统的神经精神疾病诊断主要依赖于专科医生的主观评价、神经心理测试、生化检查等方式,缺乏客观、精准、智能的生物学标记物。近年来,随着神经影像及人工智能技术的快速发展,无监督学习这种具有不依赖外部标签、模型泛化性高、特征自动提取等优点的机器学习方法,已经被广泛应用于神经精神疾病辅助诊断领域。相较于传统的监督学习方法,无监督学习更能实现个体化、精准化、智能化的神经精神疾病诊断。文章综述了近年来无监督学习在神经精神疾病辅助诊断中的研究进展,总结了无监督学习在阿尔兹海默症、精神分裂症、重度抑郁症以及自闭症谱系障碍中的研究成果,并指出当前研究存在图像处理能力差、样本量小、缺少生化指标数据等问题及难点,融合神经网络、多站点大样本、多维度数据深度融合是无监督学习方法应用的发展方向。

微纳米生物玻璃的体外成骨性能研究

微纳米生物活性玻璃因其具有特殊的形态结构和理化性能目前引起众多研究者的关注,但是目前对微纳米生物活性玻璃的结构及形态对细胞性能的影响研究的较少。本文通过溶胶-凝胶法结合模板仿生技术合成了具有特殊结构和形态的微纳米生物活性玻璃,并通过体外细胞实验,研究了这种微纳米结构对人骨髓间充质干细胞成骨性能(ALP,Runx2,Col1a1和OPN)的影响,结果证明具有规则形态的生物活性玻璃(SBG)相比不规则形态的生物活性玻璃(IBG)更能促进细胞的体外成骨性能,为将来设计具有特定结构的生物活性玻璃提供了参考依据。

基于图神经网络的神经精神疾病研究进展

神经精神疾病严重影响患者脑解剖结构、神经系统功能及心理健康,其早期识别与诊断对患者的治疗及康复具有重要意义。基于神经影像数据构建复杂的脑网络,可用于定量化分析神经精神疾病患者的脑结构及功能异常,为研究神经精神疾病的神经影像生物标记物提供重要参考。近年来,图神经网络具有处理非欧几里得数据、能充分利用节点与连边的拓扑结构和属性等优势,被广泛应用于神经精神疾病的辅助诊断研究。本文对图卷积神经网络的基本原理和神经精神疾病的最新研究进展进行了总结和分析,并展望了动态脑网络、大样本与多中心、可视化与可解释性等研究热点。

聚乳酸-羟基乙酸共聚物/硅酸钙三维多孔骨组织工程支架的构建与性能

背景:目前的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(poly(lactic-co-glycolic acid),PLGA)支架材料存在降解产物呈酸性、力学性能低、孔隙率低、孔径小、孔隙之间的连通率不佳、支架的几何形状不易控制等缺陷。目的:构建具有三维连通多孔结构的PLGA/硅酸钙骨组织工程支架材料,测试其体外降解性能、力学性能及生物相容性。方法:先通过乳液溶剂挥发法制备PLGA/硅酸钙多孔复合微球,3D-Bioplotter制备PLGA三维多孔支架,然后采用低温融合技术将微球与支架结合,制备PLGA/硅酸钙复合多孔支架。检测PLGA/硅酸钙多孔复合微球与PLGA微球的组成成分、形貌及降解性能,检测PLGA三维多孔支架与PLGA/硅酸钙复合多孔支架的形貌、孔隙及压缩强度。分别采用PLGA/硅酸钙多孔复合微球与PLGA微球浸提液,含PLGA三维多孔支架与PLGA/硅酸钙复合多孔支架的培养液培养小鼠骨髓间充质干细胞,1,3,5 d后检测细胞增殖活性。结果与结论:(1)微球形貌及降解性能:硅酸钙组分的加入,有助于PLGA微球形成表面规则孔结构和内部空腔结构,以及提高PLGA微球降解的pH值;(2)支架结构:PLGA/硅酸钙复合多孔支架的纤维直径与支架孔径均小于PLGA三维多孔支架;(3)支架孔隙:PLGA/硅酸钙复合多孔支架的孔隙率与平均孔径均小于PLGA三维多孔支架;(4)支架力学性能:PLGA/硅酸钙复合多孔支架的压缩强度与压缩模量高于PLGA三维多孔支架(P<0.05);(5)细胞相容性:骨髓间充质干细胞在两种微球浸提液和两种支架上的生长状况良好;(6)结果表明:PLGA/硅酸钙复合多孔支架具有良好的体外降解性能、力学性能及生物相容性。

微纳米生物活性玻璃的细胞基因激活性能研究

微纳米生物材料目前已成为生物医用材料领域一个研究热点和难点。大量研究表明具有微纳米结构特征的生物材料表现出了积极的生物学响应。生物活性玻璃(BG)具有较高的生物活性、生物相容性,是一类重要的骨修复材料。而微纳米生物活性玻璃(MNBG)因其具有特殊的形态结构和理化性能,引起众多研究者的关注。但是目前对MNBG的研究还主要集中在制备、表征以及其表面类骨羟基磷灰石矿物在SBF溶液中的形成活性等方面,关于MNBG的细胞相容性以及基因激活性能方面的研究还鲜有报道。通过溶胶-凝胶法结合模板仿生技术合成了具有特殊微纳米结构和形态的MNBG,并将其浸提液与MG-63细胞共培养,研究生物玻璃溶出物对细胞增殖,成骨相关基因和蛋白表达的影响,结果证明相比于传统的熔融法制备的生物玻璃(45S5)浸提液,MNBG浸提液能够明显促进细胞增殖,激活细胞成骨相关基因,上调相关蛋白的表达,为设计和制备具有基因介导作用的新型生物活性玻璃骨修复材料提供了理论依据。

生物活性玻璃纤维的基因转染研究

生物活性玻璃由于含有钙、磷成分,因此在基因转染方面具有应用潜能。本研究通过溶胶-凝胶结合静电纺丝技术制备了具有连续介孔或分级纳米孔的微纳米生物活性玻璃纤维(BGF),并将其用于基因转染。实验结果显示,BGF在无血清培养基中可大量释放Ca2+和PO43-,这些释放的离子在沉积的同时可装载质粒DNA,起到基因转染载体的作用,转染效率与BGF之间具有剂量依赖性。当质粒浓度为1μg/mL、BGF浓度为1000μg/mL时,细胞的转染效率可达对照组(脂质体转染试剂)的50%以上。其转染机理与传统的磷酸钙基因转染类似,而其较好的离子溶出保障了其使用的稳定性,有望替代纳米磷酸钙转染体系用于基因传输。

HSP27作为评价皮肤急性刺激性生物标志物的研究

目的:应用蛋白组学技术筛选用于评价化合物皮肤急性刺激性的特异性生物标志物。方法:选取2种欧盟列举的具有代表性的皮肤刺激性化合物十二烷基硫酸钠(SLS)、10-十一碳烯酸(UA)和1种非刺激性化合物3,3'-二硫代二丙酸(DA),严格按照体外评价皮肤刺激性替代方法的检测流程,使人体皮肤组织暴露于化合物15 min,然后裂解组织,提取蛋白,进行二维电泳;选择蛋白表达差异点,进行质谱鉴定,并用real-time RT-PCR和Western blotting验证差异蛋白的表达。结果:在鉴定的8个蛋白点中,SLS和UA刺激使人体皮肤热休克蛋白27(HSP27)的表达显著上调,与Western blotting结果一致。结论:HSP27有可能成为评价皮肤刺激性体外替代方法体系的候选生物标志物,其表达强度与刺激强度的关系需进一步探讨。

海藻酸钠的提纯及海藻酸钙多孔支架的制备

采用丙酮沉淀法对海藻酸钠原料进行了提纯,对纯化后的海藻酸钠进行了红外光谱测试和凝胶渗透色谱测试,并测定了提纯前后海藻酸钠样品中剩余蛋白质的含量.此外,通过CaCl2-海藻酸钠、CaSO4/GDL-海藻酸钠和Ca-EDTA/GDL-海藻酸钠3种交联体系制备了多种海藻酸钙三维多孔支架材料.研究结果表明:由质量分数为2.5%～3.0%的海藻酸钠所制得的Ca-EDTA/GDL-海藻酸钙三维多孔支架材料中微孔分布均匀,比表面积较大,且具有较好的力学性能,该支架有可能用作组织工程和细胞工程中培养细胞的培养基.

纳米银缓释壳聚糖/聚乙烯醇伤口敷料的制备及表征

背景:临床上传统治疗创面感染主要使用抗生素药物敷料,但长期使用会诱导细菌耐药;同时纳米创伤敷料生物相容性差,无法降解,不宜长期覆盖创面。目的:制备一种具有抗菌作用、生物相容性良好的伤口敷料,并表征分析其生物学性能。方法:采用缩醛化反应制得含纳米银/聚乙二醇的壳聚糖/聚乙醇酸海绵,检测材料的物理性能、表面形貌、体外释放及抗菌性能。结果与结论:制得的纳米银粒径小,分散性良好,体外释放实验表明纳米银粒子可持续不断地从辅料释放出来,作用于细菌。含纳米银/聚乙二醇的壳聚糖/聚乙烯醇海绵孔隙致密均匀,大小孔相互贯通;吸水性大、保湿性高、透气性适中;吸水率和透气率都随聚乙烯醇1799含量增加而增大;保湿率基本不变;对金黄色葡萄杆菌、大肠杆菌、白色念珠菌、铜绿假单胞菌、变伤寒沙门菌5种实验菌种均有良好杀菌效果。表明该敷料物理性能好,生物相容性及杀菌效果好。

神经精神疾病自动分类与预测研究进展

神经精神疾病的神经病理机制仍有许多未知,客观临床诊断标准也十分欠缺,其诊断与预后面临巨大挑战。随着神经影像技术的快速发展,神经影像数据被广泛应用于神经精神疾病神经病理机制的探索和潜在生物标志物的发掘。相比于实现群体水平分析的传统单变量分析方法,机器学习模型基于神经影像数据,实现神经精神疾病的个体化、智能化预测。综述近年来基于机器学习的神经精神疾病自动分类与预测研究进展,从机器学习基本原理和精神分裂症、抑郁症、阿尔兹海默症与帕金森病等4种典型神经精神疾病的最新研究成果等方面进行了总结和分析。目前,疾病自动分类与预测研究还存在着样本量小、可重复性低等局限性,未来可以通过多站点数据协同分析来提高研究的样本量。此外,深度学习和跨疾病诊断与预测也是未来研究的重要方向。

基于Web的心理测评系统设计与实现

目的:设计基于Web的心理测评系统,为用户和心理研究工作者提供一个便捷、灵活、智能化的心理服务平台。方法:该系统基于浏览器/服务器(Browser/Server,B/S)架构进行分层设计。采用Layui框架开发前端浏览器页面,采用SpringMVC框架设计后台服务层,采用MySQL存储和管理系统的所有信息和数据,同时采用MyBatis框架作为数据访问对象,实现数据交互。根据不同的用户角色,整个系统划分为测评用户端、医务人员端和管理员端,其中测评用户端包括个人信息管理模块及量表测评模块,医务人员端包括个人信息管理模块、用户测评管理模块和量表套餐管理模块,管理员端包括用户管理模块、量表管理模块和系统管理模块。结果:该系统集测试、分析、评估、反馈等功能于一体,可方便用户轻松地完成在线心理测评并及时查看测评报告,同时可方便医务人员对测评数据进行分析、管理。结论:该系统运行稳定、操作简便、测评量表丰富灵活,能提供很好的心理测评服务,有助于构建社会健康大数据体系。

基于动态脑功能连接分析的神经精神疾病研究进展

阐释了用不同的神经影像数据构建脑功能连接网络的方法,介绍了滑动时间窗算法、小波变换法、同步似然性算法3种动态功能连接算法,综述了动态脑功能连接分析在各种神经精神疾病尤其是精神分裂症、重度抑郁症和阿尔茨海默病中的研究与应用进展。分析了动态脑功能连接研究存在的问题与局限性,指出了结合可靠性检验、机器学习等方法将大大开拓其对神经精神疾病的研究。

精神分裂症多维度信息管理系统的设计与实现

目的:针对精神分裂症临床大数据管理系统缺失的现状,设计一个精神分裂症多维度信息管理系统,对数据进行有效、可靠的管理和分析。方法:采用浏览器/服务器(Browser/Server,B/S)架构与前后端分离模式,应用Java和Python编程语言,基于Spring框架和MySQL数据库,设计并实现了包括数据分析、数据管理、系统管理和安全控制4个模块的精神分裂症多维度信息管理系统。根据功能模块的设计,系统可分为基于layui的表现层、基于SpringBoot的服务层、基于Python的计算层以及My SQL数据库层。结果:该系统能存储包括被试者基本信息、临床试验观察表(case report form,CRF)、MRI、脑电图(electroencephalogram,EEG)、认知测评等多种类型的数据,能对数据进行管理、统计、筛选和绘制图表,基本满足精神分裂症数据信息管理工作的需求。结论:精神分裂症多维度信息管理系统可以帮助精神分裂症研究人员进行数据管理和数据分析,在数据管理、数据分析以及扩展性方面有着使用简便、安全高效、扩展性强等优势,体现了系统的创新性,为精神分裂症临床大数据的管理和研究分析提供了一个良好的平台。

自驱动二氧化锰纳米马达的制备与性能

近年来,基于微纳米马达的研究引起了研究者广泛的兴趣,其中,对微米尺度的马达研究占多数,而纳米马达的制备更具有挑战性。本研究介绍了一种制备方法简单、原料来源广泛、尺寸可在纳米至微米尺度范围内精确调控的微纳米马达体系。首先合成了尺寸可控的SiO2纳米颗粒,采用Pickering乳液法制备微米尺寸的胶体囊,裸露的SiO2进一步催化高锰酸钾(KMnO4)还原生成二氧化锰(MnO2)/SiO2Janus纳米颗粒,MnO2催化过氧化氢(H2O2)分解产生氧气,从而推动马达运动。利用动态光散射(DLS)和透射电镜(TEM)表征了SiO2模板的尺寸,其在140nm(SS1)到630nm(SS5)内可控。通过扫描电镜(SEM)观察所形成的胶体囊表面SS1的分布情况,研究了石蜡与SS1质量比对SS1在胶体囊表面分布的影响。结果显示,当二者质量比达到40∶1时,SS1能在石蜡表面实现单层分布,并且有一部分嵌入石蜡中。通过紫外(UV)、DLS、TEM等方法进行表征,证实了自驱动MnO2纳米马达的Janus结构。通过倒置显微镜观察并使用ImageJ、MATLAB等软件进行运动分析,发现SS5纳米马达在0.5%H2O2溶液中的均方位移比在超纯水中长,且扩散系数从超纯水中的0.56μm2/s增加到1.26μm2/s,增加了1.25倍,证实了自驱动MnO2纳米马达的有效运动。

自蔓延燃烧法合成CuCr2O4亚微米晶

采用自蔓延燃烧法制备CuCr2O4,以硝酸铜、硝酸铬为原料,添加柠檬酸、尿素和PEG200配制混合溶液,借助自主设计的自蔓延燃烧合成炉实现了浓缩溶液的连续自蔓延燃烧。通过调整PEG200加入量,获得了高度蓬松的无定型态燃烧产物。对燃烧产物进行煅烧处理,研究了煅烧温度、升温速率、保温时间等工艺参数对样品物相组成和微观形貌影响。经15℃/min升温至950℃保温0.5~1.0 h煅烧处理,燃烧产物转化为晶体结构完整、粒径分布在亚微米范围的CuCr2O4亚微米晶,所得CuCr2O4粉体特别适合作为铜铬黑颜料推广应用。

纳米疫苗与疫苗用纳米材料

疫苗是一种用于有效预防或治疗多种疾病的生物制品,是遏制新型传染病传播的关键手段.与传统疫苗相比,基于纳米材料与技术制成的纳米疫苗,具有抗原装载效率高、靶向性好、毒性低、稳定性高、给药方式多样等显著优势.近10年来,纳米疫苗的研究与日俱增,具有应用潜力的纳米疫苗与材料不断涌现.根据纳米疫苗所添加抗原及其预防疾病的不同可将其分为抗病毒纳米疫苗、抗肿瘤纳米疫苗、抗菌纳米疫苗及其他纳米疫苗.近年来,越来越多的纳米材料被报道能应用于纳米疫苗的制备,包括有机聚合物纳米材料、脂质纳米材料、天然来源的纳米材料、无机纳米材料等.其中,部分纳米材料表现出优异的功能,不仅能用做抗原的运输载体,同时其自身还具有免疫原性和免疫器官的靶向性.本文综述了国内外纳米疫苗研究现状,并重点分析了纳米疫苗不同的设计方案及其效果;总结了多种常用的疫苗用纳米材料及其特点与应用;最后,本文探讨了目前纳米疫苗研发和应用的优势与面临的挑战,对纳米疫苗未来的发展趋势进行了展望.本文将为包括新型冠状病毒在内的各种新型传染病的疫苗防治提供参考,有助于加快新型疫苗研制的进程.