麻省理工学院为细胞打造“健身计划” 设计水凝胶“房”

麻省理工学院为细胞打造“健身计划”设计水凝胶“健身房”麻省理工学院的工程师设计了一种细胞锻炼垫，可以帮助科学家在微观层面上对运动的机械效应进行归零。研究结果表明，经常锻炼有助于肌肉纤维向同一方向生长。图片来源：EllaMarushchenko现在，麻省理工学院的工程师们设计出了一种细胞锻炼垫，它可以帮助科学家们在微观层面上对运动的纯机械效应进行归零。这种新设计与瑜伽垫并无太大区别：两者都是橡胶材质，有一定的伸缩性。就麻省理工学院的垫子而言，它是由水凝胶制成的，水凝胶是一种类似果冻的柔软材料，只有四分之一硬币大小，内嵌磁性微粒。为了激活凝胶的机械功能，研究人员在垫子下方使用了一块外部磁铁，来回移动嵌入的微粒，使凝胶像振动垫一样摇摆。他们控制着晃动的频率，以模拟肌肉在实际运动时所承受的力量。接下来，他们在凝胶表面培育了一层肌肉细胞地毯，并激活了磁铁的运动。然后，他们研究了细胞在受到磁力振动时对"运动"的反应。研究结果表明，定期的机械运动可以帮助肌肉纤维向同一方向生长。这些排列整齐的"锻炼"纤维还能同步工作或收缩。研究结果表明，科学家可以利用新的锻炼凝胶来塑造肌肉纤维的生长方式。该研究小组计划利用他们的新装置，将强健、功能性肌肉的薄片模型化，以用于软机器人和修复病变组织。拉曼左侧是研究生安吉尔-布，右侧是研究生布兰登-里奥斯。图片来源：亚当-格兰兹曼麻省理工学院工程设计布里特和亚历克斯-达贝洛夫职业发展教授里图-拉曼（RituRaman）说："我们希望利用这个新平台来研究机械刺激是否有助于引导受伤后的肌肉再生或减轻衰老的影响。机械力在我们的身体和生活环境中扮演着非常重要的角色。现在我们有了一个研究工具"。她和同事们最近在《设备》（Device）杂志上发表了他们的研究成果。在麻省理工学院，拉曼的实验室设计用于医学和机器人学的自适应生命材料。该团队正在设计功能性神经肌肉系统，目的是恢复运动障碍患者的行动能力，并为柔软的适应性机器人提供动力。为了更好地了解天然肌肉和驱动其功能的力量，她的团队正在研究组织如何在细胞水平上对运动等各种力量做出反应。拉曼说："在这里，我们想找到一种方法，将运动的两个主要因素--化学和机械--分离开来，看看肌肉是如何纯粹对运动的机械力做出反应的。"研究小组一直在寻找一种方法，让肌肉细胞定期、反复地受到机械力的作用，同时又不会在此过程中对它们造成物理损伤。他们最终选择了磁铁这种安全、无损的方式来产生机械力。对于他们的原型，研究人员首先将市售的磁性纳米粒子与橡胶硅溶液混合，制造出微米大小的小磁棒。他们将混合物固化成板坯，然后将板坯切成非常薄的条状。他们将四根磁棒夹在两层水凝胶（一种通常用于培养肌肉细胞的材料）之间，每根磁棒之间的间距稍大。最后得到的嵌入磁铁的垫子大约有四分之一硬币大小。然后，研究小组在垫子表面培养出"鹅卵石"状的肌肉细胞。每个细胞一开始都是圆形，随着时间的推移逐渐拉长，并与其他相邻细胞融合形成纤维。最后，研究人员在凝胶垫下的轨道上放置了一块外部磁铁，并设定磁铁来回移动的程序。嵌入的磁铁随之移动，使凝胶发生摆动，并产生与细胞在实际运动时类似的力。研究小组每天对细胞进行30分钟的机械"锻炼"，持续了10天。作为对照，他们在相同的垫子上培养细胞，但让它们在没有运动的情况下生长。拉曼说："然后，我们放大并拍摄了凝胶的照片，发现这些受到机械刺激的细胞看起来与对照组细胞截然不同。"研究小组的实验发现，与没有运动的细胞相比，经常暴露在机械运动中的肌肉细胞生长时间更长，而没有运动的细胞则倾向于保持圆形。更重要的是，"运动"过的细胞长出的纤维朝同一方向排列，而不运动的细胞则像杂乱无章的干草堆，纤维排列不整齐。研究小组在这项研究中使用的肌肉细胞是经过基因工程改造的，能在蓝光照射下收缩。通常情况下，人体内的肌肉细胞会在神经电脉冲的作用下收缩。然而，在实验室中对肌肉细胞进行电刺激可能会对它们造成潜在伤害，因此研究小组选择从基因上操纵这些细胞，使它们对非侵入性刺激（在本例中为蓝光）做出收缩反应。拉曼解释说："当我们用光线照射肌肉时，你可以看到控制细胞在跳动，但有些纤维这样跳动，有些那样跳动，总体上产生了非常不同步的抽搐。而在排列整齐的纤维中，它们都同时朝着同一方向拉动和跳动"。她将这种新的锻炼凝胶命名为MagMA（磁性基质驱动），它可以作为一种快速、无创的方法来塑造肌肉纤维，并研究它们如何对运动做出反应。她还计划在这种凝胶上培养其他类型的细胞，以研究它们如何对定期锻炼做出反应。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1396981.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1396981.htm

麻省理工学院研究人员发明用于早期癌症检测的简单纸张测试法

麻省理工学院研究人员发明用于早期癌症检测的简单纸张测试法这些纳米粒子被设计成当它们遇到肿瘤时，它们会脱落短的DNA序列，并排泄在尿液中。分析这些DNA"条形码"可以揭示出特定病人肿瘤的显著特征。研究人员设计了他们的测试，使其可以使用一张纸条进行，类似于在家的Covid测试，他们希望这可以使尽可能多的病人能够负担得起。"我们正试图在使技术可用于中低资源环境的背景下进行创新。"麻省理工学院约翰和多萝西-威尔逊健康科学和技术以及电子工程和计算机科学教授、麻省理工学院科赫综合癌症研究所和医学工程与科学研究所成员SangeetaBhatia说："将这种诊断方法放在纸上是我们使诊断方法民主化和创造廉价技术的目标的一部分。"在对小鼠的测试中，研究人员表明，他们可以使用传感器来检测在肿瘤中表达的五种不同酶的活性。他们还表明，他们的方法可以扩大到区分单个样本中的至少46个不同的DNA条形码，使用一个微流控设备来分析样本。Bhatia是该论文的资深作者，该论文于2023年4月24日发表在《自然-纳米技术》杂志上。郝亮亮，一位前麻省理工学院的研究科学家，现在是波士顿大学生物医学工程的助理教授，是这项研究的主要作者。几年来，Bhatia的实验室一直在开发可用于诊断癌症的"合成生物标志物"。这项工作建立在检测癌症生物标志物的概念之上，如蛋白质或循环肿瘤细胞，在病人的血液样本中。这些自然发生的生物标志物非常罕见，几乎不可能发现它们，尤其是在早期阶段，但合成的生物标志物可以用来放大小肿瘤内发生的较小规模的变化。在以前的工作中，Bhatia创造了能够检测被称为蛋白酶的酶的活性的纳米粒子，这些酶通过切割细胞外基质的蛋白质，帮助癌细胞逃离它们原来的位置，或定居到新的位置。纳米颗粒上涂有被不同蛋白酶裂解的肽，一旦这些肽被释放到血液中，它们就能被浓缩，并更容易在尿液样本中被检测到。最初的多肽生物标记物被设计为基于其质量的小工程变化，使用质谱仪进行检测。这种设备在资源匮乏的环境中可能无法使用，因此研究人员着手开发可以更容易、更经济地进行分析的传感器，使用可以用CRISPR技术读取的DNA条形码。为了使这种方法发挥作用，研究人员必须使用一种称为硫代磷酸酯的化学修饰，以保护循环DNA报告条码在血液中被分解。这种修饰已经被用于提高现代RNA疫苗的稳定性，使其在体内存活更长时间。与肽报告器类似，每个DNA条形码通过一个可被特定蛋白酶裂解的连接物连接到一个纳米粒子上。如果存在这种蛋白酶，DNA分子就会被释放并自由循环，最终在尿液中结束。在这项研究中，研究人员使用了两种不同类型的纳米颗粒：一种是由美国食品和药物管理局批准用于人体的聚合物制成的颗粒，另一种是"纳米抗体"--一种可以被设计为在肿瘤部位聚集的抗体片段。一旦传感器在尿液中分泌出来，就可以用一个纸条对样本进行分析，该纸条可以识别由一种叫做Cas12a的CRISPR酶激活的报告器。当样品中存在一个特定的DNA条形码时，Cas12a会放大信号，这样就可以在试纸上看到一个深色条。颗粒可以被设计成携带许多不同的DNA条形码，每个条形码都能检测到不同类型的蛋白酶活性，这就可以实现"复用"感应。使用更多的传感器可以提高灵敏度和特异性，使测试更容易区分肿瘤类型。在对小鼠的测试中，研究人员表明，由五个DNA条形码组成的小组能够准确区分首先出现在肺部的肿瘤和由转移到肺部的结直肠癌细胞形成的肿瘤。"我们在这里的目标是建立疾病特征，观察我们是否能使用这些条形码面板不仅读出一种疾病，而且还能对一种疾病进行分类或区分不同的癌症类型，"Hao说。对于人类的使用，研究人员预计他们可能需要使用五个以上的条形码，因为病人的肿瘤之间有很大的差异。为了帮助实现这一目标，他们与哈佛大学教授PardisSabeti领导的麻省理工学院和哈佛大学Broad研究所的研究人员合作，创建了一个微流控芯片，可用于从一个样本中读取多达46个不同的DNA条码。这种检测不仅可以用于检测癌症，还可以用于测量病人的肿瘤对治疗的反应程度以及治疗后是否复发。研究人员现在正致力于进一步开发这种颗粒，目的是在人体中进行测试。Bhatia共同创办的GlympseBio公司已经对早期版本的尿液诊断颗粒进行了第一阶段的临床试验，并发现它们在病人身上是安全的。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1356773.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1356773.htm

麻省理工学院革新细胞成像技术：观察活细胞内部活动的新方法

麻省理工学院革新细胞成像技术：观察活细胞内部活动的新方法活细胞会受到多种分子信号的轰击，这些信号会影响细胞的行为。如果能够测量这些信号以及细胞如何通过下游分子信号网络对这些信号做出反应，就能帮助科学家更多地了解细胞是如何工作的，包括当细胞衰老或患病时会发生什么。目前，这种全面的研究还不可能实现，因为目前的细胞成像技术仅限于同时对细胞内的少数不同分子类型进行成像。然而，麻省理工学院的研究人员开发出了一种替代方法，可以一次观察多达七种不同的分子，甚至有可能观察到比这更多的分子。分子成像技术的突破"在生物学中，有许多例子表明，一个事件会引发一长串下游事件，进而导致特定的细胞功能，"谭以骅神经技术教授爱德华-博伊登（EdwardBoyden）说。"这是如何发生的？这可以说是生物学的基本问题之一，因此我们想知道，能不能简单地观察它的发生？"新方法利用了以不同速率闪烁的绿色或红色荧光分子。通过对细胞进行数秒、数分钟或数小时的成像，然后利用计算算法提取每个荧光信号，就能跟踪每个目标蛋白质随时间变化的数量。利用四种可切换荧光团，麻省理工学院的研究人员能够标记并成像这些细胞内的四种不同激酶（前四行）。下一行中，细胞核被标记为蓝色。图片来源：研究人员提供博伊登是这项研究的资深作者，他也是麻省理工学院生物工程教授、脑与认知科学教授、霍华德-休斯医学研究所研究员、麻省理工学院麦戈文脑研究所和科赫综合癌症研究所成员，以及杨丽莎仿生学中心（K.LisaYangCenterforBionics）的联合主任。麻省理工学院博士后钱勇是论文的第一作者。荧光信号的进步用荧光蛋白标记细胞内的分子使研究人员能够大量了解许多细胞分子的功能。这类研究通常使用绿色荧光蛋白（GFP），该蛋白在20世纪90年代首次用于成像。从那时起，又开发了几种能发出其他颜色光的荧光蛋白用于实验。然而，典型的光学显微镜只能分辨出其中的两三种颜色，研究人员只能窥见细胞内发生的整体活动。如果能追踪更多的标记分子，研究人员就能测量脑细胞在学习过程中对不同神经递质的反应，或者研究促使癌细胞转移的信号。"理想情况下可以实时观察细胞内的信号波动，然后了解它们之间的关系。这将告诉我们细胞是如何计算的，"博伊登说。"问题是，无法同时观察很多东西。"2020年，博伊登的实验室开发出一种方法，通过将发光报告器瞄准细胞内的不同位置，同时对细胞内的多达五种不同分子进行成像。这种方法被称为"空间多路复用"，它能让研究人员分辨出不同分子的信号，即使它们发出的荧光颜色相同。在这项新研究中，研究人员采用了一种不同的方法：他们没有根据信号的物理位置来区分信号，而是创建了随时间变化的荧光信号。这种技术依赖于"可切换荧光团"--能以特定速率开启和关闭的荧光蛋白。在这项研究中，博伊登和他的研究小组成员确定了四种绿色可切换荧光团，然后又设计了另外两种，它们都以不同的速率开启和关闭。他们还确定了两种以不同速率开关的红色荧光蛋白，并设计了另外一种红色荧光团。每种可切换的荧光团都可以用来标记活细胞内不同类型的分子，如酶、信号蛋白或细胞骨架的一部分。在对细胞进行数分钟、数小时甚至数天的成像后，研究人员使用一种计算算法，从每种荧光团中挑选出特定信号，这类似于人耳挑选出不同频率的声音。"在交响乐团中，有长笛等高音乐器，也有大号等低音乐器。中间是小号等乐器。"博伊登说："它们都有不同的声音，而我们的耳朵会把它们分拣出来。"研究人员用来分析荧光团信号的数学技术被称为线性非混合法。这种方法可以提取不同的荧光团信号，类似于人耳使用一种称为傅立叶变换的数学模型来提取乐曲中的不同音高。分析完成后，研究人员就能看到在整个成像过程中，细胞中每个荧光标记分子出现的时间和位置。成像本身只需一台简单的光学显微镜即可完成，无需专业设备。探索生物现象在这项研究中，研究人员通过标记哺乳动物细胞中参与细胞分裂周期的六种不同分子，展示了他们的方法。这样，他们就能确定细胞周期中依赖细胞周期蛋白的激酶的水平是如何变化的。研究人员还发现，他们还能标记其他类型的激酶，这些激酶几乎涉及细胞信号传导的方方面面，还能标记细胞结构和细胞器，如细胞骨架和线粒体。除了使用在实验室培养皿中生长的哺乳动物细胞进行实验外，研究人员还证明这种技术可以在斑马鱼幼体的大脑中发挥作用。研究人员表示，这种方法有助于观察细胞如何对营养物质、免疫系统因子、激素或神经递质等任何输入做出反应。它还可以用来研究细胞如何对基因表达的变化或基因突变做出反应。所有这些因素都在生长、衰老、癌症、神经变性和记忆形成等生物现象中发挥着重要作用。博伊登说："我们可以认为所有这些现象都代表了一类普遍的生物问题，即某些短期事件--如摄入某种营养物质、学习某些知识或受到感染--会产生长期变化。"除了进行这些类型的研究，博伊登的实验室还在努力扩大可切换荧光团的范围，以便研究细胞内的更多信号。他们还希望调整该系统，使其能用于小鼠模型。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401541.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1401541.htm

放大RNA的潜力：麻省理工学院工程师设计出更强大的疫苗

放大RNA的潜力：麻省理工学院工程师设计出更强大的疫苗佐剂是一种常用于增强疫苗免疫反应的分子，但尚未用于RNA疫苗。在这项研究中，麻省理工学院的研究人员设计了用于递送COVID-19抗原的纳米颗粒和抗原本身，以增强免疫反应，而无需单独使用佐剂。潜在益处和新方法如果进一步开发用于人类，这种类型的RNA疫苗将有助于降低成本，减少所需剂量，并有可能带来更持久的免疫力。研究人员的测试还表明，与传统的肌肉注射疫苗相比，鼻内注射疫苗能诱导出强烈的免疫反应。麻省理工学院化学工程系教授、麻省理工学院科赫综合癌症研究所和医学工程与科学研究所（IMES）成员、该研究的资深作者丹尼尔-安德森（DanielAnderson）说："通过鼻内喷射疫苗，你或许能在COVID-19进入人体之前，在粘膜处将其杀死。鼻内疫苗也可能更容易给许多人接种，因为它们不需要注射"。研究人员认为，通过加入类似的免疫刺激特性，目前正在开发的其他类型的RNA疫苗（包括癌症疫苗）的有效性可能会得到提高。这项新研究的主要作者是麻省理工学院前博士后李博文（现任多伦多大学助理教授）、研究生艾伦-江（AllenJiang）和麻省理工学院前博士后伊德里斯-拉吉（IdrisRaji，曾在波士顿儿童医院担任研究员），他们的研究成果于9月7日发表在《自然-生物医学工程》（NatureBiomedicalEngineering）杂志上。研究小组成员还包括麻省理工学院大卫-科赫研究所（DavidH.KochInstitute）教授、科赫研究所（KochInstitute）成员罗伯特-朗格（RobertLanger）和其他几位麻省理工学院研究人员。增强免疫力RNA疫苗由编码病毒或细菌蛋白质（也称为抗原）的RNA链组成。在COVID-19疫苗中，这种RNA编码病毒尖峰蛋白的一个片段。该RNA链被包装在脂质纳米颗粒载体中，从而保护RNA不被体内分解，并帮助其进入细胞。一旦被输送到细胞中，RNA就会被翻译成免疫系统可以检测到的蛋白质，从而产生抗体和T细胞，如果患者日后感染了SARS-CoV-2病毒，T细胞就会识别出这种蛋白质。Moderna公司和辉瑞公司/BioNTech公司最初开发的COVID-19RNA疫苗能激起强烈的免疫反应，但麻省理工学院的研究小组想看看能否通过工程设计使其具有免疫刺激特性，从而使其更加有效。研究细节与免疫增强在这项研究中，研究人员采用了两种不同的策略来增强免疫反应。在第一种策略中，研究人员重点研究了一种名为C3d的蛋白质，这种蛋白质是被称为补体系统的免疫反应臂的一部分。这组蛋白质能帮助人体抵御感染，C3d的作用是与抗原结合，并增强对这些抗原的抗体反应。多年来，科学家们一直在评估如何将C3d用作由蛋白质制成的疫苗（如白喉、百日咳、破伤风三联疫苗）的分子佐剂。江说："随着mRNA技术在COVID-19疫苗中的应用，我们认为这将是一个绝佳的机会，来看看C3d是否也能在mRNA疫苗系统中发挥佐剂的作用。"为此，研究人员设计了mRNA，以编码与抗原融合的C3d蛋白，这样接受疫苗的细胞就能将这两种成分作为一种蛋白生成。在策略的第二阶段，研究人员对用于递送RNA疫苗的纳米脂质颗粒进行了改良，这样除了有助于递送RNA外，脂质还能从本质上激发更强的免疫反应。为了找出效果最好的脂质，研究人员创建了一个由480种不同化学类型的脂质纳米粒子组成的库。所有这些都是"可电离"脂质，当它们进入酸性环境时会带正电。最初的COVID-19RNA疫苗也包括一些可电离脂质，因为它们有助于纳米颗粒与RNA自组装，并帮助靶细胞吸收疫苗。"我们知道纳米颗粒本身可以起到免疫刺激作用，但我们还不太清楚优化这种反应所需的化学成分是什么。"安德森说："因此，我们并没有试图制造出完美的纳米颗粒，而是制作了一个纳米颗粒库并对其进行了评估，通过评估，我们发现了一些似乎能改善其反应的化学成分。"研发鼻内疫苗研究人员在小鼠体内测试了他们的新疫苗，其中包括RNA编码的C3d和从文库筛选中发现的一种性能最佳的可电离脂质。他们发现，注射了这种疫苗的小鼠产生的抗体是未注射COVID-19RNA疫苗的小鼠的10倍。新疫苗还能在T细胞中激起更强的反应，而T细胞在抗击SARS-CoV-2病毒中发挥着重要作用。李说："通过对RNA及其递送载体进行工程设计，我们首次证明了免疫反应的协同促进作用。考虑到上呼吸道粘膜毯屏障带来的挑战，这促使我们研究鼻内注射这种新型RNA疫苗平台的可行性。"当研究人员鼻内注射疫苗时，他们在小鼠体内观察到了类似的强烈免疫反应。如果开发出用于人类的鼻内疫苗，它将在鼻腔和肺部的粘膜组织内产生免疫反应，因此有可能增强对感染的保护。研究人员说，由于自我佐剂疫苗能以较低剂量引起较强的反应，因此这种方法还有助于降低疫苗剂量的成本，从而使疫苗能惠及更多的人，尤其是发展中国家的人。安德森的实验室目前正在探索这种自我佐剂平台是否也能帮助提高其他类型RNA疫苗（包括癌症疫苗）的免疫反应。研究人员还计划与医疗保健公司合作，在更大的动物模型中测试这些新疫苗配方的有效性和安全性，希望最终能在病人身上进行测试。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1385843.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1385843.htm

激活癌细胞死亡的“开关”被发现

激活癌细胞死亡的“开关”被发现由于高亲和力的抗体-抗原接触，抗原阳性肿瘤细胞（蓝色，左）是CART细胞（浅红色）的直接靶标。相反，抗原阴性肿瘤细胞（浅金色，右）被Fas介导的“旁观者”杀伤所杀死。Fas高表达的癌症患者预计对免疫疗法的反应明显更好。图片来源：美国加州大学戴维斯分校CD95受体，也被称为Fas，是一种死亡受体。这些蛋白质受体位于细胞膜上，当被激活时，它们会释放出导致细胞自毁的信号。调节Fas也可能将嵌合抗原受体T细胞免疫疗法（CAR-T）的好处扩展到卵巢癌等实体肿瘤。研究人员表示，他们找到了细胞毒性Fas信号以及CAR-T抗肿瘤功能的最关键表位。这可能会提供一条以肿瘤中的Fas为靶点的治疗途径。死亡受体的作用正如其名字所暗示的那样，当被定位时，它们会触发肿瘤细胞的程序性死亡。它们提供了一种潜在的变通办法，可同时杀死肿瘤细胞，并为更有效的免疫疗法铺平道路。动物模型和人类临床试验等其他研究表明，Fas信号是CAR-T成功的基础，特别是在遗传异质性的肿瘤中。遗传异质性肿瘤混合了不同类型的细胞，对治疗的反应可能不同。Fas激活剂可能会产生CAR-T旁观者效应。换句话说，激活Fas可能会摧毁癌细胞，并提高CAR-T的疗效，这是一种潜在的对抗肿瘤的双重打击方法。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1393449.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1393449.htm

FDA 调查 CAR-T 细胞疗法可能引发 T 细胞继发肿瘤？科济药业回应

FDA调查CAR-T细胞疗法可能引发T细胞继发肿瘤？科济药业回应科济药业30日在微信公众号表示，公司关注到FDA于2023年11月28日发布公告，关于接受靶向BCMA或CD19自体CAR-T细胞免疫疗法治疗的患者中出现T细胞肿瘤的报告。截至目前，科济药业在研CAR-T产品，临床试验治疗患者总数超过500例，其中靶向BCMACAR-T产品250余例，未观察到T细胞肿瘤案例。我们认为，这次事件对公司产品的研发和商业化进程没有实质影响。