GlycoSHIELD：新软件为药物开发带来革命性变革

GlycoSHIELD：新软件为药物开发带来革命性变革GlycoSHIELD改变了蛋白质上糖链的建模方式，以其快速、用户友好和高能效的算法促进了药物开发，标志着绿色计算和医学研究取得了重大进展。由GlycoSHIELD生成的GABAA受体（灰色）在膜（红色）上的糖屏蔽（绿色）模型。资料来源：CyrilHanus，Inserm，巴黎西特大学细胞表面超过75%的蛋白质都被糖类覆盖。这些糖类分子在蛋白质周围形成了非常动态的保护罩。然而，由于糖的流动性和可变性，我们很难确定这些保护罩的行为方式，或它们如何影响药物分子的结合。项目负责人、Dioscuri翻译后修饰建模中心主任马特乌斯-西科拉（MateuszSikora）和他在克拉科夫的团队，以及德国美因河畔法兰克福马克斯-普朗克生物物理研究所（MaxPlanckInstituteofBiophysics）的合作伙伴，与巴黎医学研究院（Inserm）、塔佩中央研究院（AcademiaSinica）和不来梅大学（UniversityofBremen）的科学家合作，利用计算机解决了这一难题。他们的新算法GlycoSHIELD功能强大，可以快速而逼真地模拟蛋白质表面的糖链。与传统的仿真工具相比，GlycoSHIELD可以减少几个数量级的计算时间和功耗，为绿色计算铺平了道路。从数千小时到几分钟糖保护层对蛋白质与其他分子（如治疗药物）的相互作用有很大影响。例如，冠状病毒尖峰蛋白上的糖层使天然抗体或疫苗诱导的抗体难以识别病毒，从而将病毒从免疫系统中隐藏起来。因此，糖屏蔽在药物和疫苗研发中发挥着重要作用。对其形态和动态进行常规预测可使药物研究受益匪浅。然而，到目前为止，利用计算机模拟来预测糖层结构只能在特殊的超级计算机上通过专家知识来实现。在许多情况下，需要数千甚至数百万小时的计算时间。通过GlycoSHIELD，Sikora的团队提供了一种快速、环保的开源替代方案。"我们的方法减少了资源、计算时间和所需的专业技术知识，"Sikora说。"现在，任何人都可以在几分钟内通过个人电脑计算蛋白质上糖分子的排列和动力学，而无需专业知识和高性能计算机。此外，这种新的计算方式非常节能。该软件不仅可用于研究，还有助于药物或疫苗的开发，例如癌症免疫疗法。"糖做的拼图研究小组是如何实现如此高的效率提升的呢？作者们创建并分析了一个包含数千种最可能的三维姿态的资料库，这些姿态都是人类和微生物蛋白质上最常见的糖链形式。通过长时间的模拟和实验，他们发现，要可靠地预测糖屏蔽，附着的糖不与膜或蛋白质的一部分发生碰撞就足够了。该算法正是基于这些发现。"GlyoSHIELD用户只需指定蛋白质和糖的连接位置。然后，我们的软件就会在蛋白质表面以最可能的排列方式拼出它们，"Sikora解释说。"我们可以准确地再现尖峰蛋白的糖屏蔽：它们看起来与我们在实验中看到的一模一样！有了GlycoSHIELD，现在就可以用糖信息来补充新的和现有的蛋白质结构。"科学家们还利用GlycoSHIELD揭示了GABAA受体上的糖模式，这是镇静剂和麻醉剂的一个重要目标。由马克斯-普朗克协会发起的Dioscuri中心旨在帮助加强和扩大中欧和东欧的优秀研究成果。马特乌斯-西科拉（MateuszSikora）曾是马克斯-普朗克生物物理研究所的博士后研究员，自2023年5月起，他作为波兰克拉科夫雅盖隆大学（JagiellonianUniversity）翻译后修饰建模中心（DioscuriCentreforModellingofPosttranslationalModifications）的负责人，开始接受双边资助项目的资助。马克斯-普朗克生物物理研究所理论生物物理系主任格哈德-胡默（GerhardHummer）作为他在德国的合作伙伴为他提供了支持，并为这项工作做出了贡献。在不到一年的时间里，西科拉已经凭借他的绿色算法取得了巨大成功，并帮助波兰成为一个具有吸引力和竞争力的研究基地。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423907.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423907.htm

新型熔岩粘度测量工具为火山监测带来革命性变革

新型熔岩粘度测量工具为火山监测带来革命性变革熔岩粘度测量的进展布法罗大学的研究人员开发了一种测量熔岩粘度的工具，它可以增加我们对熔岩的了解，更好地改进熔岩运动的模型，为有关部门保障人们的安全提供重要指导。他们的研究成果详见AIP出版社出版的《科学仪器评论》。对于熔岩等流体来说，粘度是衡量其流动速度的标准。粘度低的流体像水一样快速流动，而粘度高的流体则更像糖浆。当火山在靠近人类建筑物的地方喷发时，粘度测量可以告诉急救人员他们有多少时间做出反应，而目前的方法往往不够充分。水牛城大学的研究人员在对仪器进行实地测试时，收集了冰岛利特利-赫鲁图尔火山喷发熔岩流的粘度数据。资料来源：马丁-哈里斯粘度测量面临的挑战作者马丁-哈里斯（MartinHarris）说："在冰岛或夏威夷等熔岩喷发相当频繁的地方，道路和社区等基础设施都会受到影响，对熔岩可能流向何处以及流向何处的速度的估计存在不确定性。"哈里斯认为，问题在于粘度测量几乎总是在实验室中进行。这让实验变得更简单、更安全，但却总是缺少一个关键环节。当熔岩从火山中喷发出来时，许多不同的气体会以气泡的形式被困在熔岩中。在实验室进行测量时，无法把气体放回去。因此，测量到的是没有所有不同成分的熔岩，错过了一些影响熔岩流动的东西。唯一的解决办法就是实地测量。然而，这也带来了一系列挑战。对熔岩进行实地粘度测量可以追溯到近一个世纪以前，但并没有取得多大成功。过去的许多尝试都是将金属棒插入熔岩，用手或弹簧活塞推动，甚至像长矛一样射入熔岩，以估算熔岩流的粘度。布法罗大学团队保留了传统的金属棒，并将其连接到测力计上以进行精确测量。他们将其与第二根杆配合起来测量位移，并设计了整个仪器，使其既轻便到可以手持，又耐用到可以在火山环境中使用。实地测试和未来目标完成设备后，团队在冰岛的一座活火山上对其进行了测试。哈里斯说："我们花了将近两周的时间进入利特里-赫鲁图尔火山爆发周围的不同地点。我们在相当紧张的环境中工作了很长时间，但我认为最终我们都对所做的工作留下了深刻印象并感到满意。"在实地试验中，研究人员在不同地点和不同时间对熔岩进行了数十次测量。他们说，这类数据非常重要，因为它不仅能显示熔岩在某一时刻的情况，还能显示熔岩在扩散和冷却过程中的变化情况。哈里斯说："这是人们第一次对熔岩的这些不同横断面进行测量。这个仪器真正令人兴奋的地方在于，我们能够显示熔岩的物理特性随时间和空间发生的变化。"研究小组希望进一步完善他们的仪器，并将其提供给世界各地的研究小组和火山监测站。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1433578.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1433578.htm

麻省理工学院的新型无钴有机电池材料将为电动汽车带来革命性变革

麻省理工学院的新型无钴有机电池材料将为电动汽车带来革命性变革在一项新的研究中，研究人员表明，这种材料的生产成本远远低于含钴电池，其导电率与钴电池相似。研究人员报告说，这种新型电池的储电量也与钴电池相当，而且充电速度也比钴电池快。麻省理工学院W.M.Keck能源学教授MirceaDincă说："我认为这种材料可以产生很大的影响，因为它的效果非常好。它与现有技术相比已经很有竞争力，而且它可以节省大量成本，并避免目前用于电池的金属开采所带来的痛苦和环境问题。"Dincă是这项研究的资深作者，研究报告最近发表在《ACSCentralScience》杂志上。23岁的陈天阳博士和麻省理工学院前博士后哈里什-班达（HarishBanda）是论文的主要作者。其他作者包括麻省理工学院博士后王建德、麻省理工学院研究生朱利叶斯-奥本海姆（JuliusOppenheim）和博洛尼亚大学研究员亚历山德罗-弗朗切斯基（AlessandroFranceschi）。大多数电动汽车都由锂离子电池驱动，这种电池的充电原理是锂离子从一个正电极（称为阴极）流向一个负电极（称为阳极）。在大多数锂离子电池中，阴极都含有钴，这是一种具有高稳定性和高能量密度的金属。然而，钴也有很大的缺点。钴是一种稀缺金属，其价格会大幅波动，而且世界上大部分钴矿床都位于政局不稳的国家。钴的开采会造成危险的工作环境，并产生有毒废物，污染矿区周围的土地、空气和水源。"钴电池可以储存大量的能量，在性能方面也具备人们所关心的所有特性，但它们存在供应不广的问题，而且成本会随着商品价格而大幅波动。"Dincă说："随着消费市场中电气化汽车的比例越来越高，成本肯定会越来越高。"由于钴有这样那样的缺点，因此人们进行了大量研究，试图开发替代电池材料。其中一种材料是磷酸铁锂（LFP），一些汽车制造商已开始在电动汽车中使用这种材料。尽管锂-铁-磷酸酯电池仍有实际用途，但其能量密度只有钴和镍电池的一半左右。另一种有吸引力的选择是有机材料，但迄今为止，大多数此类材料在导电性、存储容量和使用寿命方面都无法与含钴电池相媲美。由于导电率低，这类材料通常需要与聚合物等粘合剂混合，以帮助它们维持导电网络。这些粘合剂至少占整个材料的50%，会降低电池的存储容量。大约六年前，在兰博基尼的资助下，Dincă的实验室开始进行一个项目，开发一种可为电动汽车提供动力的有机电池。在研究部分有机、部分无机的多孔材料时，Dincă和他的学生意识到，他们制造的一种完全有机的材料似乎是一种强导体。这种材料由多层TAQ（双四氨基苯醌）组成，TAQ是一种有机小分子，含有三个融合的六角环。这些层可以向各个方向延伸，形成类似石墨的结构。分子中含有称为醌和胺的化学基团，前者是电子库，后者有助于材料形成牢固的氢键。这些氢键使材料高度稳定，同时也非常不溶解。这种不溶性非常重要，因为它可以防止材料像某些有机电池材料那样溶解到电池电解液中，从而延长其使用寿命。Dincă说："有机材料降解的主要方法之一是溶解到电池电解液中，并进入电池的另一端，从而形成短路。如果使材料完全不溶解，这个过程就不会发生，因此我们可以在最少降解的情况下进行2000多个充电循环。Dincă对这种材料的测试表明，其导电性和存储容量与传统的含钴电池相当。此外，与现有电池相比，使用TAQ阴极的电池充放电速度更快，可加快电动汽车的充电速度。为了稳定有机材料并提高其附着在铜或铝制成的电池集流器上的能力，研究人员添加了纤维素和橡胶等填充材料。这些填料占整个阴极复合材料的比例不到十分之一，因此不会显著降低电池的存储容量。这些填料还能在电池充电时防止锂离子流入阴极，从而延长电池阴极的使用寿命。制造这种阴极所需的主要材料是一种醌前体和一种胺前体，它们作为商品化学品已经在市场上大量供应和生产。研究人员估计，组装这些有机电池的材料成本大约是钴电池成本的三分之一到二分之一。兰博基尼已经获得了这项技术的专利许可。Dincă的实验室计划继续开发替代电池材料，并正在探索用钠或镁替代锂的可能性，因为钠或镁比锂更便宜、更丰富。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1419217.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1419217.htm

首创“特洛伊木马疗法”可能为肺癌治疗带来革命性变革

首创“特洛伊木马疗法”可能为肺癌治疗带来革命性变革肺癌可能不是最常见的癌症类型，但却是迄今为止最致命的癌症。根据世界卫生组织的数据，尽管有手术、放疗和化疗等治疗方法，但只有约四分之一的肺癌患者在确诊后能活过五年。为了提高肺癌患者的生存几率，得克萨斯大学阿灵顿分校和UT西南医学中心的研究人员开创了一种直接向癌细胞输送杀癌药物的新方法。UTA生物工程AlfredR.andJanetH.Potvin杰出教授KytaiT.Nguyen说："我们的方法利用患者自身的细胞材料作为特洛伊木马，将靶向药物载荷直接运送到肺癌细胞。这一过程包括从癌症患者体内分离出T细胞（一种免疫细胞），并对其进行改造，使其表达针对癌细胞的特定受体。"研究与创新副校长、运动学与生物工程学教授JonWeidanz。资料来源：UT阿灵顿分校这项新技术的关键步骤包括从这些改造过的T细胞中分离出细胞膜，将化疗药物加载到细胞膜上，然后将其涂覆到微小的给药颗粒上。这些纳米颗粒的大小约为头发丝的1/100。当这些涂膜纳米粒子被注射回患者体内时，细胞膜就会起到导向作用，将纳米粒子精确地导向肿瘤细胞。这种方法旨在欺骗病人的免疫系统，因为涂膜纳米粒子模仿免疫细胞的特性，避免被人体检测和清除。阮克泰（KytaiT.Nguyen），德克萨斯大学阿灵顿分校生物工程阿尔弗雷德-波特文杰出教授（AlfredR.andJanetH.PotvinDistinguishedProfessorinBioengineering）。资料来源：德克萨斯大学阿灵顿分校"这种方法的关键优势在于它的高度靶向性，这使它能够克服传统化疗的局限性，因为传统化疗往往会导致有害的副作用，降低患者的生活质量，"共同作者、研究与创新副总裁兼运动学和生物工程研究员乔恩-魏丹兹（JonWeidanz）说。通过直接向肿瘤细胞施用化疗，该系统旨在最大限度地减少对健康组织的附带损伤。在这项研究中，研究人员在纳米粒子中加入了抗癌药物顺铂。膜包覆的纳米粒子在有肿瘤的身体部位积聚，而不是在身体的其他部位。结果，这种靶向给药系统能够缩小对照组的肿瘤大小，证明了它的疗效。Nguyen说："这种个性化方法可以为根据每位患者的独特特征及其肿瘤的具体性质量身定制的新医学时代铺平道路。减少副作用和提高疗效的潜力使我们的技术成为癌症治疗领域值得关注的进步。"编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423041.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423041.htm

米兰理工新发现可为可持续化学合成带来革命性变革

米兰理工新发现可为可持续化学合成带来革命性变革米兰理工大学的研究人员开发出一种阳光激活催化剂，可有效推动酯化反应，减少稀有金属的使用，提供更具可持续性的化学合成。自然-合成》（NatureSynthesis）杂志刊登了这一进展，它有望节约资源并减少对环境的影响。资料来源：米兰理工大学利用在氮化碳载体上分散孤立原子的创新技术，研究小组开发出了一种在酯化反应中更具活性和选择性的催化剂。这是一种重要的反应，在这种反应中，羧酸和溴化物结合形成用于制造药品、食品添加剂和聚合物的产品。这种新型催化剂的革命性特点是减少了稀有金属的使用，这是向节约关键资源和提高工艺可持续性迈出的重要一步。此外，这种催化剂可通过阳光激活，无需使用能源密集型方法。这一发现在减少对有限资源的依赖和降低催化过程对环境的影响方面具有巨大潜力。化学、材料和化学工程系化学工程副教授GianvitoVilé教授负责协调该项目，米兰理工大学MarieSkłodowska-Curie博士后研究员MarkBajada是论文的第一作者。这项研究是与米兰比可卡大学和都灵大学的研究人员密切合作进行的，由欧盟委员会通过最近授予米兰理工大学的玛丽-斯克沃多夫斯卡-居里博士后奖学金和地平线欧洲项目（SusPharma）提供资助。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1378273.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1378273.htm