结合原子力显微镜和光学图像识别的单细胞力学特性快速测量研究

目的 细胞力学特性在生理病理变化过程中起着关键调控作用,开展细胞力学特性研究为揭示生命活动奥秘及疾病发生发展演变规律提供了新的视角。原子力显微镜（AFM）的出现为单细胞力学特性研究提供了强大的技术手段。AFM的独特优势是不需要对活细胞进行任何预处理即可在溶液环境下对天然状态的活细胞力学特性进行高精度（纳米级空间分辨率,皮牛级力感知灵敏度）探测。基于AFM压痕实验的细胞力学特性探测已成为生命科学领域的重要研究方法。然而,现有基于AFM的单细胞力学特性测量主要依赖于人工操作,特别是在测量过程中需要人工控制AFM探针移动到细胞表面特定位置进行压痕实验,导致实验过程耗时费力且效率低下。本文通过将AFM与光学图像自动识别相结合建立了单细胞力学特性快速测量方法。方法 分别利用UNet++深度学习网络模型和模板匹配算法识别出光学图像中的细胞及AFM探针,在此基础上自动确定细胞和AFM探针之间的空间位置关系,并控制AFM探针准确移动至目标细胞表面进行压痕实验。在光学显微镜视觉导引下利用AFM微操作将单个微球黏附至AFM探针悬臂梁制作得到球形针尖探针。选取HEK 293（人胚胎肾细胞）和MCF-7（人乳腺癌细胞）两种细胞进行实验。利用Hertz-Sneddon模型对在细胞表面获取的力曲线进行分析得到细胞杨氏模量。结果 基于光学图像识别结果可将AFM探针针尖准确移动至目标细胞（HEK 293或MCF-7）并对细胞力学特性进行测量,同时实验结果表明本文所提出的方法不仅适用于常规AFM锥形针尖探针,也适用于AFM球形针尖探针。结论 将AFM与光学图像识别结合显著提升了AFM细胞力学特性测量效率,为高通量自动化AFM单细胞力学特性探测提供了新的方法和思路,对于细胞力学特性研究具有广泛的积极意义。     

通心络治疗与SAMP8早期脑内淀粉样病变改善的相关性研究

目的:研究中药通心络(TXL)与治疗SAMP8小鼠早期脑内淀粉样病理变化改善的相关性.方法:取4月龄雄性SAMP8小鼠,随机分为6组:SAMP8(空白对照)组、石杉碱甲(阳性对照)组、TXL低剂(治疗)组、TXL中剂(治疗)组、TXL高剂(治疗)组、SAMR1(对照)组,每组15只.于第八周末,检测海马神经元染色质聚缩情况、皮质和海马耱原沉积情况、脑内淀粉样物质沉积情况、小鼠皮质Aβ 1-42寡聚体的水平.结果:(1)HE染色结果显示SAMP8组有明显的核深染现象,通心络治疗组有改善;(2)与SAMP8对照组相比,TXL中剂组、TXL高剂组淀粉样沉积均有显著性差异(P＜0.01);(3)与SAMP8组相比,TXL低剂组(P＜0.05)、TXL中剂组(P＜0.01)和TXL高剂组(P＜0.05)PAS阳性颗粒(acid-Schiff(PAS)-positive granular structures,PGS)显著减少;(4)与SAMP8相比,TXL各治疗组Aβ 42寡聚体水平均有显著性降(P＜0.01);(5)TXL治疗剂量与淀粉样沉积、糖原沉积具有相关性,TXL中剂量治疗即可达到改善的效果,而Aβ 42寡聚体聚集水平与TXL剂量有显著的线性负相关(r=-0.856,P＜0.01).结论:通心络治疗能够明显改善SAMP8小鼠早期脑内淀粉样病变.     

刚毛藻在水螅培养中的应用

首次探索刚毛藻在水螅培养中的应用价值。实验每天投放过量水蚤喂水螅．连续42d不换水,发现刚毛藻对水中N、P有显著去除作用,并且在改善水质条件、抑制绿藻生长、稳定pH值和增加水体溶解氧等方面具有显著效果。该方法可为饲养者节约大量时间、人力和水资源。寒暑假期间,在室温5-28℃的无人培养条件下,能维持一定数量的水螅。     

喀斯特流域径流对植被和气候变化的多尺度响应

植被覆盖和气候变化对径流的影响可能具有尺度依赖性,而在生态环境脆弱和地质结构复杂的西南喀斯特区开展研究较少。为此,以喀斯特地貌广泛发育的西江流域为研究区,选取郁江、红水河、浔江和梧州4个流域,利用Mann-Kendall趋势检验对4个流域年径流深、NDVI、降水量、潜在蒸散发和气温(1982—2015)的变化趋势进行了分析,运用多元经验模态分解(MEMD)量化了流域径流深与植被和气候因子在不同尺度上的相关性,并预测了年径流深,旨在研究喀斯特流域径流对植被和气候变化的多尺度响应。结果表明,径流深仅有红水河流域呈显著下降趋势(P0.05)。其中郁江流域径流深主要表征尺度为3年和5年,红水河流域径流深主要表征尺度为10年和22年,浔江和梧州流域径流深主要表征尺度为3年和22年。径流深与植被和气候因子的关系具有尺度依赖性,在不同尺度下,4个流域径流深与降水量和潜在蒸散发始终呈显著相关性(P0.05),而径流深与NDVI和气温的多尺度关系在某些表征尺度上并不显著。利用MEMD法对径流深的预测效果(R~2=0.81—0.86)要优于基于原始数据的多元逐步回归方法(R~2=0.69—0.78)。本研究可以为合理利用喀斯特流域水资源,促进流域社会经济可持续发展和生态环境保护提供科学依据。     

PNKP在DNA损伤修复中的作用

多聚核苷酸激酶/磷酸酶(polynucleotide kinase/phosphatase,PNKP)是一种DNA末端修复酶,同时具有激酶和磷酸酶活性,在DNA单链断裂修复途径、碱基切除修复途径以及DNA双链断裂修复中的非同源末端连接途径中发挥着至关重要的作用。近年来,由于一种与PNKP相关的常染色体隐性遗传病——MCSZ综合征的发现,使得人们对PNKP的关注度进一步增加。笔者从与PNKP相互作用的X射线交叉互补修复基因1(X-ray repair cross-complementing group 1,XRCC1)、X射线交叉互补修复基因4(X-ray repair cross-complementing group 4,XRCC4)和毛细血管扩张性共济失调突变基因(ataxia-telangiectasia mutated,ATM)入手,对PNKP在DNA损伤修复中的作用进行概述。