新型 APIC 方法消除了显微镜中的模糊和失真
数百年来，显微镜的清晰度和放大倍数最终受到光学镜头的物理特性限制。显微镜制造商通过制造越来越复杂和昂贵的镜头元件堆栈来突破这些界限。尽管如此，科学家还是必须在高分辨率和小视野之间做出选择，还是低分辨率和大视野之间做出选择。 2013 年，加州理工学院的工程师团队推出了一种名为 FPM（傅立叶叠层显微技术）的显微镜技术。该技术标志着计算显微镜的出现，该技术将传统显微镜的传感与计算机算法相结合，以新的方式处理检测到的信息，从而创建覆盖更大区域的更深、更清晰的图像。自那时起，FPM 就被广泛采用，因为它能够使用相对便宜的设备获取样本的高分辨率图像，同时保持较大的视野。 现在，同一实验室开发了一种新方法，该方法在获取无模糊或失真图像方面优于 FPM，即使测量次数较少。这项新技术在发表于《科学》杂志的一篇论文中进行了描述 自然通讯，可能推动生物医学成像、数字病理学和药物筛选等领域的进步。 这种新方法被称为 APIC（即采用闭式方法的角度叠层成像），它具有 FPM 的所有优点，而没有其最大的缺点，即，为了得到最终图像，FPM 算法依赖于从一个或多个最佳猜测开始，然后一次调整一点以达到其“最优”解决方案，但该解决方案可能并不总是符合原始图像。 在电气工程、生物工程和医学工程 Thomas G. Myers 教授兼 Heritage 医学研究所研究员 Changhuei Yang 的领导下，加州理工学院的研究团队意识到可以消除该算法的这种迭代性质。 APIC 不是依靠反复试验来寻找解决方案，而是通过求解线性方程来获得像差或显微镜光学系统引入的扭曲的详细信息。一旦知道了像差，系统就可以对其进行校正，基本上就像理想状态一样运行，并产生覆盖大视野的清晰图像。 “我们以封闭形式的方式得到了高分辨率复杂场的解决方案，因为我们现在对显微镜捕捉到的内容、我们已经知道的内容以及我们需要真正弄清楚的内容有了更深入的了解，所以我们不需要任何迭代，“该论文的共同主要作者、杨氏实验室前研究生、现任加州大学伯克利分校博士后学者曹瑞志 (24 届博士) 说道。”通过这种方式，我们基本上可以保证我们看到的是样品的真实最终细节。” 除了消除相位求解算法的迭代性质之外，新技术还允许研究人员在大视野范围内收集清晰的图像，而无需反复重新调焦显微镜。使用 FPM，如果样本的高度从一个部分到另一个部分相差几十微米，使用显微镜的人就必须重新调焦才能使算法正常工作。由于这些计算显微镜技术经常涉及将 100 多张低分辨率图像拼接在一起以拼凑出更大的视野，这意味着 APIC 可以使该过程更快，并防止在许多步骤中可能出现人为错误。 “我们已经开发了一个框架来纠正像差并提高分辨率。” ”曹说。 “这两种功能可能会为更广泛的成像系统带来巨大的潜力。“ 杨说，APIC 的开发对于他的实验室目前正在开展的更广泛的工作至关重要，旨在优化人工智能 (AI) 应用的图像数据输入。杨说：“最近，我的实验室表明，人工智能在预测肺癌患者简单的组织病理学切片的转移进展方面可以胜过专家病理学家。”“这种预测能力高度依赖于获得均匀聚焦和高质量的显微镜图像，而 APIC 非常适合这一点。” 这篇题为“通过像差校正、闭式复杂场重建实现高分辨率、大视场无标记成像”的论文在线发表于 自然通讯 6月3日。该项研究得到了Heritage医学研究所的支持。 数百年来，显微镜的清晰度和放大倍数最终受到光学镜头的物理特性限制。显微镜制造商通过制造越来越复杂和昂贵的镜头元件堆栈来突破这些界限。尽管如此，科学家还是必须在高分辨率和小视野之间做出选择，还是低分辨率和大视野之间做出选择。 2013 年，加州理工学院的工程师团队推出了一种名为 FPM（傅立叶叠层显微技术）的显微镜技术。该技术标志着计算显微镜的出现，该技术将传统显微镜的传感与计算机算法相结合，以新的方式处理检测到的信息，从而创建覆盖更大区域的更深、更清晰的图像。自那时起，FPM 就被广泛采用，因为它能够使用相对便宜的设备获取样本的高分辨率图像，同时保持较大的视野。 现在，同一实验室开发了一种新方法，该方法在获取无模糊或失真图像方面优于 FPM，即使测量次数较少。这项新技术在发表于《科学》杂志的一篇论文中进行了描述 自然通讯，可能推动生物医学成像、数字病理学和药物筛选等领域的进步。 […]
奈特-轩尼诗奖学金获得者倡导全球健康
东北大学毕业生、全球青年领袖克里蒂卡·辛格 (Kritika Singh) 在获得博士学位后将前往斯坦福大学医学院就读。 来自牛津。 分享这个故事 复制链接 链接已复制！ 电子邮件 Facebook 领英 推特 WhatsApp 红迪网 克里蒂卡·辛格 (Kritika Singh) 渴望增强现代医学的工具包，以减少健康差距并改善全球医疗保健。 摄影：Matthew Modoono/东北大学 十年前，东北大学毕业生克里蒂卡·辛格 (Kritika Singh) 全球青年领袖第一次听到令人痛心的统计数据，即某个地方每分钟就有一名儿童死于疟疾。 她说，她是一名受庇护的高中生，正在波士顿一家生物技术公司参加暑期实习，并被分配到疟疾研究项目。 从那时起，提高人们对疟疾的认识并让年轻人关心全球健康问题就成为第一代印裔美国人辛格设定的雄心勃勃的职业目标之一。 她说：“我真的希望成为一名医生、科学家和倡导者，专注于解决这些问题，不仅开发治疗方法，而且致力于实施和全球卫生政策方面的工作。” 获得荣誉称号后 奈特轩尼诗奖学金她离实现梦想又近了一步。 东北大学毕业生、Knight-Hennessy 奖学金获得者 Kritika Singh（右）在 4 月份的第 14 届学术荣誉大会上拥抱本科生研究和奖学金办公室主任 Jonna Iacono。 摄影：Matthew Modoono/东北大学 奈特-轩尼诗学者奖学金是一个多学科、多文化的研究生奖学金计划，成立于 2016 年，旨在为应届毕业生在学术界、工业界、政府、非营利组织和整个社区担任领导角色做好准备。 这些学者获得了在斯坦福大学攻读研究生的财政支持，辛格将在那里攻读医学博士学位。 她说，她的目标是最终为医疗资源匮乏的地区开发治疗方法。 辛格16岁时成立了一个非营利组织—— 无疟疾世界 — 提高人们对蚊子传播疾病的认识。 她前往印度与受疟疾影响地区的学生和教师交谈，并会见了国家疟疾研究所的研究人员和科学家。 这次经历提高了她对全球健康的兴趣。 “这就是我决定攻读生物工程的原因，”她谈到自己在东北大学的研究时说道。 “我意识到我们今天想要解决的许多重大健康问题都可以通过工程来解决。” 在东北大学期间，辛格于2018年获得巴里·M·戈德华特奖学金，于2019年获得哈里·S·杜鲁门奖学金。2020年，她获得罗德奖学金，并被美国国立卫生研究院牛津剑桥学者培训项目录取。 […]
世界卫生组织推翻了关于空气传播疾病传播的教条。 疾病预防控制中心可能不会对此采取行动。
世界卫生组织发布了一份报告，改变了世界对 covid-19、流感和麻疹等呼吸道感染的理解。 由于在这场大流行中犯下的严重失误，世界卫生组织召集了大约 50 名病毒学、流行病学、气溶胶科学和生物工程等专业的专家，他们花了两年时间研究空气中病毒和细菌如何传播的证据。 然而，世界卫生组织的报告并未规定政府、医院和公众应采取的应对行动。 疾病控制和预防中心将如何在其自己的医疗机构感染控制指南中根据这些信息采取行动还有待观察。 虽然这似乎是显而易见的，而且一些研究人员十多年来一直在推动这一承认，但另一种教条仍然存在——这使得卫生当局在大流行的几个月内一直没有说新冠病毒是通过空气传播的。 具体来说，他们依赖于一种传统观念，即呼吸道病毒主要通过感染者鼻子或嘴巴喷出的飞沫传播。 这些飞沫直接落在他人的嘴、鼻子或眼睛中，从而感染他人，或者被飞沫污染的手指带入这些孔口。 尽管这些传播途径仍然存在，特别是在幼儿中，但专家得出的结论是，许多呼吸道感染只是因为人们呼吸含有病毒的空气而传播。 英国莱斯特大学临床病毒学家朱利安·唐(Julian Tang)表示：“这完全是一个180度大转弯。”他为世界卫生组织提供了该报告的建议。 他还帮助该机构创建了一个在线工具来评估室内空气传播的风险。 马里兰州贝塞斯达的职业健康和安全专家佩格·塞米纳里奥 (Peg Seminario) 在卫生当局多年来的抵制后对这一转变表示欢迎。 “飞沫是主要传播方式的教条现在是‘地平’立场，”她说。 “万岁！我们终于认识到世界是圆的。” 这一变化再次强调了改善室内通风和在下一次空气传播疾病爆发之前储存优质口罩的必要性。 今年麻疹发病率呈上升趋势，而且 H5N1 禽流感正在多个州的牛群中传播，这种可能性绝非遥远。 科学家担心，随着 H5N1 病毒在哺乳动物体内停留的时间更长，它可能会进化为更容易感染人类并通过空气在人群中传播。 然而，为疾病预防控制中心提供咨询的一个委员会似乎准备在涉及其未决的医疗保健设施指南时将最新的科学知识抛在一边。 明尼苏达州传染病研究和政策中心的气溶胶专家兼顾问丽莎·布罗索警告说，如果这种情况发生，2020 年的情况将会重演。 布罗索说：“当你做出如何保护人们的决定时，一切都会变得很困难。” “气溶胶科学家可能会认为这份报告是一个巨大的胜利，因为他们认为现在一切都将遵循科学。但事实并非如此，而且仍然存在重大障碍。” 金钱是其中之一。 如果呼吸道疾病通过吸入传播，则意味着人们可以通过有时成本高昂的空气净化方法（例如机械通风、使用空气净化器以及佩戴 N95 口罩）来降低室内感染风险。 迄今为止，疾病预防控制中心一直不愿敦促采取此类措施，因为它更新了遏制医院、疗养院、监狱和其他提供医疗保健的设施中空气传播感染的基本准则。 今年，为疾病预防控制中心提供咨询的一个委员会发布了一份与世卫组织报告显着不同的指南草案。 研究人员和医护人员对该委员会的草案感到愤怒，并向疾病预防控制中心提交了信件和请愿书。 他们说这违背了科学原理并危害健康。 唐说：“近距离和远距离之间的分离完全是人为的。” 他解释说，空气传播的病毒就像香烟烟雾一样传播。 吸烟者旁边的气味会最强烈，但那些距离较远的人如果留在房间里，就会吸入越来越多的烟雾，尤其是在不通风的情况下。 同样，人们在烤面包时会打开窗户，以便烟雾在充满厨房并引发警报之前消散。 “你认为病毒在 3 英尺后就会停止并掉落到地面吗？” 唐谈到了经典的距离概念。 “这太荒谬了。” 疾病预防控制中心的咨询委员会主要由大型医院系统的感染控制研究人员组成，而世界卫生组织则咨询了不同类型的科学家，研究了许多不同类型的研究。 例如，一项分析检查了歌手和演奏单簧管、圆号、萨克斯管和小号的音乐家所排出的烟雾。 另一份报告回顾了对餐馆、健身房、食品加工厂和其他场所的新冠疫情爆发的 16 项调查，发现通风不足可能会使情况变得更糟。 为了回应这种强烈抗议，疾病预防控制中心将该草案退回其委员会进行审查，要求其重新考虑其建议。 […]
电粘附预示着新的植入物和机器人技术
一项新的研究发现，对软材料（例如一片生番茄或鸡肉）通电几秒钟，可以将其牢固地粘合到硬物体（例如石墨板）上，而无需任何胶带或胶水。 马里兰大学的科学家表示，这种意想不到的效果也是可逆的——改变电流方向通常很容易分离材料。 这种甚至可以在水下工作的“电粘附”的潜在应用可能包括改进 生物医学 植入物和仿生机器人。 马里兰大学化学和生物分子工程教授斯里尼瓦萨·拉加万 (Srinivasa Raghavan) 表示：“令人惊讶的是，这种效应没有更早被发现。” “自从我们有了电池以来，这是一个几乎可以实现的发现。” 在自然界中，活组织等软材料通常与骨骼等硬物体粘合。 先前的研究探索了实现这一壮举的化学方法，例如使用模仿如何实现这一点的胶水 贻贝粘在岩石和船上。 然而，这些债券通常是不可逆转的。 他们尝试了多种不同的软质材料，如番茄、苹果、牛肉、鸡肉、猪肉和明胶…… 此前，Raghavan 和他的同事发现 电可以使凝胶粘附在生物组织上，这一发现有一天可能会带来有助于修复伤口的凝胶贴片。 在这项新研究中，他们不是将两种软材料粘合在一起，而是探索电力是否可以使软材料粘附到硬物体上。 科学家们从一对 石墨 电极（由阳极和阴极组成）和 丙烯酰胺 凝胶。 他们在凝胶上施加五伏电压三分钟。 令人惊讶的是，他们发现凝胶牢固地粘合在石墨阳极上。 尝试将凝胶和电极拧开通常会破坏凝胶，将其碎片留在电极上。 电压移除后，这种结合显然可以无限期地持续，研究人员将凝胶和电极的样品粘在一起数月。 然而，当研究人员改变电流的极性时，丙烯酰胺凝胶从阳极上脱落。 相反，它粘附在另一个电极上。 拉加万和他的同事通过多种不同的方式对这种新发现的电粘附效应进行了实验。 他们尝试了多种不同的软材料，如番茄、苹果、牛肉、鸡肉、猪肉和明胶，以及不同的电极，如铜、铅、锡、镍、铁、锌和钛。 他们还改变了电压的强度和施加的时间。 研究人员发现，软材料中的盐含量对电粘附效应起着很大的作用。 盐使软材料导电，高浓度的盐可能导致凝胶在几秒钟内粘附到电极上。 “令人惊讶的是，这种效应如此简单，而且可能如此广泛” 科学家们还发现，铜、铅和锡等更善于释放电子的金属，其电粘附性也更好。 相反，镍、铁、锌和钛等牢牢保留电子的金属表现不佳。 这些发现表明，电粘附是由电极和软材料之间交换电子后的化学键产生的。 根据硬材料和软材料的性质，粘附发生在阳极、阴极、两个电极或两者都不发生。 提高电压强度和施加时间通常会增加粘合强度。 “令人惊讶的是，这种效应如此简单，而且如此广泛，”拉加万说。 研究人员表示，电粘附的潜在应用可能包括改进生物医学植入物——将组织粘合到钢或钛上的能力可能有助于加固植入物。 他们补充说，电粘附还可能有助于创造具有坚硬的骨状骨架和柔软的肌肉状元素的仿生机器人。 拉加万说，他们还认为，电粘附可能会导致新型电池的出现，其中软电解质与硬电极粘合在一起，尽管目前尚不清楚这种粘附是否会对电池的性能产生很大影响。 研究人员还发现电粘附可能发生在水下，他们认为这可以为这种效应开辟更广泛的可能应用。 典型的粘合剂在水下不起作用，因为许多粘合剂无法铺展到浸没在液体中的固体表面上，甚至那些由于液体的干扰通常只能形成弱粘合的粘合剂。 “我很难确定这一发现的真正应用，”拉加万说。 “这让我想起了 Velcro 或便利贴背后的研究人员——当发现这些发现时，这些应用对他们来说并不明显，但随着时间的推移，这些应用确实出现了。” 科学家详细介绍了 他们的发现 3 月 […]
LAG-3蛋白结构可能是解锁新癌症治疗方法的关键
蛋白质的分子“快照”对于理解其功能至关重要。 斯坦福大学和纽约大学的科学家发表并研究了蛋白质 LAG-3 的新结构，该结构可能有助于开发新的癌症治疗方法。 一些癌性肿瘤会劫持对我们的免疫系统起到“刹车”作用的蛋白质，并利用它们形成一种抵御免疫识别的屏障。 免疫疗法已经被发明出来，可以关闭这些“刹车”，让我们的身体攻击外来的癌细胞。 为了进一步推进此类治疗，斯坦福大学和纽约大学的研究人员发表了其中一种刹车蛋白 LAG-3 的新结构。 他们的工作包含分子结构的关键细节，以及有关 LAG-3 蛋白如何发挥作用的信息。 尽管十多种针对 LAG-3 的免疫疗法正在开发中，并且其中一种已获得 FDA 批准，但对 LAG-3 结构和功能的了解尚不完整。 “考虑到开发针对 LAG-3 的疗法所投入的时间和资源，令人震惊的是我们尚未完全了解这种蛋白质的功能，”艾迪和阿尔马科夫斯基教授 Jennifer Cochran 说。工程学院和生物工程教授，以及详细介绍 LAG-3 的研究的共同高级作者，发表于 美国国家科学院院刊。 获得蛋白质的清晰图像似乎没什么大不了的，但对于蛋白质来说，形式往往会产生功能。 如果您知道蛋白质在原子尺度上的样子，您就可以开始了解它如何与其他分子相互作用并设计实验以进一步推断其工作原理。 此类研究对于开发能够最佳地阻断其靶标功能的药物至关重要。 关键结构 LAG-3 等蛋白质（称为免疫检查点）的存在是为了阻止我们的免疫系统攻击不应攻击的事物。 理论上，我们的免疫系统应该自然地将肿瘤细胞识别为外来细胞。 但检查点蛋白质屏障可以为癌症提供掩护。 目前的免疫疗法不是化学药物，而是实验室制造的抗体，附着在这些检查点的某些部分，并从本质上关闭它们。 一旦检查点关闭，我们的免疫系统就可以再次识别并瞄准癌症。 已经有批准的抗体治疗针对两种检查点蛋白：CTLA-4 和 PD-1。 两者都会以不同的方式关闭我们的免疫系统。 由于 CTLA-4 和 PD-1 是最先发现的两种检查点蛋白，因此对它们进行了深入研究，并且通过不同的方法抑制它们以进行癌症治疗，为科学家赢得了 2018 年诺贝尔生理学或医学奖。 LAG-3 似乎以完全不同的方式工作。 共同领导这项工作的斯坦福大学免疫学博士生 Jack Silberstein 表示，科学家们希望这些差异可能使其成为治疗某些类型癌症的更好或补充靶标。 […]