灵长类生物医学前沿探索中的伦理思考

随着我国生物科学前沿技术的迅猛发展,生物医学领域,特别是灵长类生物医学研究逐渐进入“无人区”,带来了伦理和社会争议。本文就灵长类生物医学前沿科学探索所带来的伦理和社会争议提出了思考和建议。

类器官、器官芯片与合成生物学:前沿科技交响曲

生命科学的发展和生物技术的突破是推动人类社会进步与重大变革的重要动力。合成生物学是重塑生命的科学,作为认识生命的“钥匙”,旨在利用工程学手段设计和构建新型生物系统,创造全新的生命形式或赋予现有生物体新的功能[1]。这为生命科学研究提供了新的范式,有望解决疾病诊治、环境健康和再生医学等领域的系列重大科学问题。

单细胞多组学在灵长类早期胚胎发育中的研究应用

啮齿类是研究胚胎发育的重要模型,然而啮齿类与灵长类在发育过程中存在巨大的种属差异,啮齿类中的研究并不能简单推广到灵长类中,因此灵长类生殖发育研究亟待开展。早期胚胎细胞数量稀少且复杂多样,通常采用单细胞测序技术来揭示其发育过程及调控机制。然而仅依靠单细胞单组学分析并不能有效全面地解析细胞间编码的复杂网络信息。单细胞多组学有效地联合转录组、表观遗传组、蛋白质组、代谢组等进行分析,使研究者能够在同一细胞水平上系统地解码不同细胞类型的异质性及发育轨迹,从多维度去理解灵长类早期胚胎发育的关键事件。本文总结了单细胞RNA治疗发展到多组学过程中关键技术的发展历程,并概述了多组学技术在深入解读灵长类早期胚胎发育研究中的应用及未来潜在的发展方向和挑战。

非人灵长类帕金森动物模型中的行为学评估

帕金森病(Parkinson’s disease,PD)是一种神经退行性疾病,目前发病机制不明,患者会出现与疾病相关的运动和非运动症状。啮齿类动物模型只能部分精准模拟患者的症状,导致相关的临床前研究存在局限性,非人灵长类动物模型能够较好的弥补这种缺陷,对非人灵长类PD模型的运动和非运动症状的量化有利于发病机制和治疗的研究,本综述中总结了不同行为学量化方式,同时对比了不同方法之间的优劣性,为进行PD猴模型研究提供了行为学测试的参考。

少突胶质前体细胞在神经发育及疾病中的作用

少突胶质前体细胞(oligodendrocyte precursor cell,OPC)是中枢神经系统(central nervous system,CNS)中普遍存在的胶质细胞,参与维持正常神经功能并在多种疾病中发挥重要作用。OPC功能异常在多种疾病中均有观察,包括多发性硬化症、阿尔茨海默病、帕金森病以及精神障碍。这些细胞不仅可以分化为少突胶质细胞(oligodendrocyte,OL),形成髓鞘,发挥保护轴突和加速电信号传导等关键作用,还参与调节神经发育、神经环路形成以及神经可塑性,对环境因素做出响应,与神经系统疾病密切相关。OPC同时呈现显著的异质性,受到发育程序、刺激特异性的细胞反应、CNS位置、细胞间相互作用和其他调控机制的影响。本文全面综述了OPC的起源、增殖、迁移、分化等多个方面,以及其在神经发育和神经系统疾病中的关键作用。深入了解OPC的生物学功能和临床意义有助于更好地理解神经系统发育及其疾病机制,为神经系统疾病的治疗提供新的思路和策略。

人胚胎早期发育与干细胞

人胚胎早期发育包括三个重要阶段:①从受精卵到晚期囊胚的着床前阶段;②从晚期囊胚到原肠运动前的围着床阶段;③从原肠运动到早期器官发生的原肠后阶段。后两个阶段统称为着床后早期发育阶段。妊娠过程中,不育(胚胎着床失败或流产)和胎儿出生缺陷,很大程度上是胚胎的着床后早期发育出现异常所致。人着床后早期胚胎,由于位于母体子宫,且尺寸较小,不易对其观察和研究,因此,这一阶段的胚胎发育过程长期处于“黑匣子”状态。近年来,随着单细胞组学技术和胚胎体外延长培养系统的建立,以及胚胎和胚外干细胞、类器官和类胚胎领域的快速发展,使得人胚胎着床后早期发育的神秘面纱被慢慢揭开。本文从人胚胎早期发育、胚胎和胚外干细胞、类胚胎和类器官研究的视角,结合细胞通信、谱系互作、信号梯度、黏附分子、生物力学和细胞外基质等因素对细胞分选、迁移重排和自我组织的影响,概述了人胚胎早期发育过程中的发育原理,当前胚胎和胚外干细胞的研究进展以及用其模拟人胚胎早期发育的研究现状、存在问题和发展方向,以期能够帮助理解人胚胎早期发育的奥秘。

单分子荧光原位杂交(smFISH)技术及应用

单分子荧光原位杂交(single-molecule fluorescence in situ hybridization,smFISH)技术是一种通过用偶联荧光基团的寡核苷酸探针,对固定细胞或组织中单个mRNA分子进行成像的方法。smFISH可对RNA进行定位、定量,以此对目标转录本进行实时研究。sm FISH适用于细胞、组织切片等多种类型生物样本。近年来,多种基于基础smFISH的改进技术被发明,进一步促进了该技术的实际应用。smFISH良好的RNA单分子可视化能力,使得其在发育生物学、神经生物学及肿瘤生物学等基础生物学科中得到了广泛的应用。本文综述了smFISH技术基本原理、smFISH技术的局限性、smFISH衍生技术方法、smFISH在不同生物学科中的应用进展,并对smFISH技术的发展前景做出展望。

酒精性肝病与肠道微生物群落研究进展

酒精性肝病与肠道微生物群落密切相关。酒精性肝病会导致肠道微生物群落失调,而微生物群落失调又可进一步加重肝病进程。本文综述了酒精性肝病与肠道微生物群落间的关系及作用机制,以及益生菌、益生元、合生元、后生元和噬菌体等肠道微生物及其相关产物改善或治疗肝病的研究前景。

SC-BPSO:肝癌分类中一种融合过滤器的二进制粒子群算法特征的选择方法

癌症的早期诊断能够显著提高癌症患者的存活率,在肝细胞癌患者中这种情况更加明显。机器学习是癌症分类中的有效工具。如何在复杂和高维的癌症数据集中,选择出低维度、高分类精度的特征子集是癌症分类的难题。本文提出了一种二阶段的特征选择方法SC-BPSO:通过组合Spearman相关系数和卡方独立检验作为过滤器的评价函数,设计了一种新型的过滤器方法——SC过滤器,再组合SC过滤器方法和基于二进制粒子群算法(BPSO)的包裹器方法,从而实现两阶段的特征选择。并应用在高维数据的癌症分类问题中,区分正常样本和肝细胞癌样本。首先,对来自美国国家生物信息中心(NCBI)和欧洲生物信息研究所(EBI)的130个肝组织microRNA序列数据(64肝细胞癌,66正常肝组织)进行预处理,使用MiRME算法从原始序列文件中提取microRNA的表达量、编辑水平和编辑后表达量3类特征。然后,调整SC-BPSO算法在肝细胞癌分类场景中的参数,选择出关键特征子集。最后,建立分类模型,预测结果,并与信息增益过滤器、信息增益率过滤器、BPSO包裹器特征选择算法选出的特征子集,使用相同参数的随机森林、支持向量机、决策树、KNN四种分类器分类,对比分类结果。使用SC-BPSO算法选择出的特征子集,分类准确率高达98.4%。研究结果表明,与另外3个特征选择算法相比,SC-BPSO算法能有效地找到尺寸较小和精度更高的特征子集。这对于少量样本高维数据的癌症分类问题可能具有重要意义。

单细胞转录组测序在少突胶质谱系细胞异质性与神经系统疾病中的应用

少突胶质细胞是中枢神经系统中形成髓鞘的高度特化的胶质细胞,由少突胶质前体细胞分化而来。长期以来,围绕少突胶质谱系细胞开展的研究主要集中在少突胶质细胞发育、髓鞘形成以及少突胶质谱系细胞在神经系统疾病中的作用等。新兴的单细胞转录组测序技术可以在转录组层面鉴定出特定类型细胞,为少突胶质谱系细胞的研究提供助力。本综述主要关注常见单细胞测序技术的发展以及它们在少突胶质细胞功能异质性和神经系统疾病研究中的应用,并对已取得的成果进行总结阐述,为单细胞测序技术在中枢神经系统疾病中少突胶质谱系细胞相关研究的应用和开发提供思路和参考。

膨胀显微成像技术的原理及应用

膨胀显微成像技术(expansion microscopy,ExM)是一种新型超分辨成像技术。该技术借助可膨胀水凝胶均匀地物理放大生物样本,在常规光学成像条件下实现超分辨成像。ExM适用于细胞、组织切片等多种类型生物样本。蛋白质、核酸、脂质等生物大分子均可借助ExM进行超分辨成像。ExM可与共聚焦显微镜、光片显微镜、超高分辨显微镜联合使用,进一步提高成像分辨率。近年来,多种从基础ExM拓展而来的衍生技术进一步促进了该技术的实际应用。本文综述了ExM及其衍生技术的基本原理、ExM与不同成像技术联用的研究进展及ExM在不同类型生物样本中的应用进展,并对ExM技术的发展前景做出展望。

用于新型冠状病毒研究的小鼠和猴子动物模型

随着严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2(SARS-CoV-2)在世界范围内的传播,其基因组在不断突变进化,出现了α、β、γ、δ等不同的毒株,因而持续研发针对不同毒株的药物和疫苗是应对该病毒传播的核心。而构建SARS-CoV-2动物模型不仅用于研究新冠病毒的致病机制,也是评价SARS-CoV-2相关药物与疫苗治疗效果的关键。然而,常用的模式动物小鼠对野生型的SARS-CoV-2不易感,因此迫切需要能够感染新冠且更好地模拟人体病理生理状态的动物模型。本综述回顾了用于新冠病毒感染和传播的动物模型,以及这些模型在表征病毒免疫病理学方面的进展。

食蟹猴妊娠早期剖宫取胎术的建立

为建立规范的食蟹猴妊娠早期剖宫取胎术以获得实验用胚胎,对16只妊娠食蟹猴(胎儿胎龄为28~70 d)使用盐酸氯胺酮和异氟烷施行麻醉后,进行剖宫取胎术,并给予静脉滴注止血、消炎药物7 d和肌内注射缩宫素3 d等术后护理。共获得21枚结构完整的胚胎,受术食蟹猴的切口在术后2周左右愈合。结果表明:所建立的食蟹猴妊娠早期剖宫取胎术可获得高质量的实验用胚胎。

非人灵长类动物模型在女性不孕症研究中的运用

不孕症是当今影响人类生活和健康的三大主要疾病之一,中国最新的统计数据显示女性不孕症的发病率已高达18%。虽然已经发现了许多不孕症的潜在致病基因,但尚不清楚不孕症的分子机制以及致病通路。动物模型是研究人类疾病不可缺少的实验工具。非人灵长类动物(non-human primates, NHPs)模型是与人亲缘性最高的动物模型,其中猕猴和食蟹猴是实验室最常用的非人灵长类动物模型,与人类约有95%以上的基因同源性,且与人类生殖特征、生殖周期等极其相似。相较于小鼠、大鼠等不能完全代表不孕症临床表型的模式生物来说,NHPs模型是研究不孕症的最佳选择。该文就NHPs模型在女性不孕症中的运用进行了总结,进一步对NHPs模型的应用提出一些思考,望为生殖健康的相关研究提供参考。

新型培养体系下小肠类器官模型的构建

目的构建具有损伤再生能力的新型小肠类器官,体外模拟肠道损伤、再生和修复过程。方法分离6~8周龄、18~24 g无特定病原体动物级C57BL/6小鼠回肠黏膜隐窝结构,设计ENR、ENR+肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和8C培养体系,分别构建肠道稳态、炎症损伤和损伤再生条件下的小肠类器官并观察形态。通过免疫荧光染色检测类器官包含的细胞类型和空间排布,以及损伤再生基因凝集素蛋白(Clu)、膜联蛋白A1(Anxa1)、干细胞抗原1(Sca1)和小鼠再生胰岛衍生蛋白3β(Reg3 b)的蛋白质表达情况。通过实时荧光定量聚合酶链反应(qRT-PCR)检测Clu、Anxa1、Sca1、Reg3 b的mRNA表达情况。统计学方法采用独立样本t检验。结果8C和ENR培养体系下的小肠类器官均包含肠道干细胞、杯状细胞、潘氏细胞和肠道内分泌细胞,细胞空间排布与肠上皮基本一致。8C培养体系下的新型小肠类器官的扩增能力较ENR、ENR+TNF-α培养体系下的小肠类器官明显增强,生长速度更快,结构更大、更复杂。qRT-PCR结果显示,8C培养体系下的新型小肠类器官再生基因Clu、Anxa1和Sca1的mRNA相对表达水平均高于ENR和ENR+TNF-α培养体系(0.68±0.31比0.20±0.07、0.36±0.19,0.48±0.13比0.07±0.02、0.18±0.11,0.56±0.20比0.02±0.01、0.08±0.04),差异均有统计学意义(t=4.82、2.77,8.62、4.89,8.58、7.50;均P<0.05)。免疫荧光检测显示,8C培养体系下的新型小肠类器官再生基因Clu、Anxa1、Sca1和Reg3 b的蛋白质表达水平均高于ENR、ENR+TNF-α培养体系(31.62±1.69比9.73±2.39、15.11±2.16,42.65±1.85比19.70±1.18、24.97±2.82,63.80±2.73比37.10±1.59、43.27±2.53,53.26±1.84比27.75±3.78、33.16±3.50),差异均有统计学意义(t=12.95、10.41,18.13、9.09,14.63、9.56,10.51、8.80;均P<0.001)。结论新型培养体系下建立的小肠类器官具备损伤再生特征,为研究上皮组织器官再生提供了新的体外模型。

结直肠癌和microRNA:研究进展

结直肠癌(colorectal cancer,CRC)在世界范围内发病率和致死率一直都居高不下,其病变与基因突变、表观遗传改变和相关信号通路激活有关。microRNA(miRNA)是一类长度为20~24 nt的非编码RNA,可以调控靶标mRNA的表达并控制各种细胞机制。作为CRC的治疗和预后的新型标志物,miRNA与CRC的发生和发展密切相关。在本综述中,我们就CRC组织中失调的miRNA进行了总结,分析了特异性miRNA与CRC增殖、转移、凋亡、化疗之间的关系,并介绍了miRNA在CRC治疗和预后上的临床应用。

乳腺癌中具有双重功能的miRNA

乳腺癌是全球女性中最常见的恶性肿瘤,是一种异质性疾病,其确切原因目前尚不明确,但乳腺癌是由不同的亚型组成,在临床特征,遗传背景和分子标志物方面差异很大;microRNAs (miRNAs)是一种小的非编码RNA,可以在转录后调控参与关键细胞过程各个阶段的基因调控。miRNA的持续失调在乳腺癌细胞的恶性转化中起着至关重要的作用,取决于它们所处的细胞环境,作为致癌物或肿瘤抑制物发挥作用。作为一种有前途的生物标志物,miRNA表达的失调似乎为各种癌症的诊断和预后领域开辟了新的机会。很多研究揭示了miRNA在不同癌症类型中的确切功能,然而结果并不一致,这需要进一步研究以确定潜在的机制。本综述中将miRNA与乳腺癌遗传和分子背景相关联,描述miRNA在乳腺癌中的两重作用并进行总结。

DMD 的肌膜损伤机制及其修复治疗的研究进展

杜氏肌营养不良症(Duchenne muscular dystrophy,DMD)是一种严重的致死性肌肉疾病,定位于肌膜的抗肌萎缩蛋白dystrophin功能缺失是其致病因素。目前DMD研究的热点聚焦于如何对疾病进行治疗,其中膜功能的恢复已经成为临床治疗的密切关注点。本综述将着重总结dystrophin异常引起肌膜损伤的机制及膜修复治疗的研究进展,通过从肌膜的角度理解DMD的病理机制来促进干预治疗的研究进程。

干细胞移植治疗1型糖尿病的研究进展

1型糖尿病(type 1 diabetes mellitus,T1DM)是一种器官特异性的胰岛β细胞不可逆损伤而导致的自身免疫疾病,目前尚无有效的根治方法。每日注射外源胰岛素是1型糖尿病患者维持生命的主要方法。胰岛移植是目前治疗1型糖尿病的有效方法,但受到供体严重缺乏以及需要终身免疫抑制等的限制。利用干细胞诱导生成胰岛β细胞移植治疗1型糖尿病是一种旨在恢复胰岛功能,取代外源胰岛素的新型生物疗法。对近年来诱导干细胞分化为胰岛β细胞开展治疗的研究进展进行综述,为干细胞移植治疗糖尿病的临床应用研究提供参考。

子宫内膜类器官研究进展

子宫内膜类器官(endometrial organoids,EOs)是子宫内膜细胞自组织的三维聚集物,代表子宫内膜的结构和功能。根据所包含的细胞类型的数量,EOs可分为两类:单种细胞EOs和多种细胞EOs。EOs将加速我们对子宫内膜发育和疾病的分子和细胞机制的理解,将成为从疾病建模到个性化医疗等生物医学应用的有前途的工具。本文对EOs的表型(典型的表面标记和结构)、遗传特征、培养基、对激素的反应、模拟的疾病模型、挑战和未来展望逐一综述。