人工智能发现女性和男性在大脑组织和功能方面存在差异
斯坦福大学医学院的研究人员报告称，他们开发了一种新的人工智能模型，在测试中发现，该模型在确定人类大脑活动的 MRI 扫描来自男性还是女性方面的成功率超过 90%。 研究人员表示，这些发现有助于解决关于人类大脑中是否存在可靠的性别差异的长期争议，并且还表明了解这些差异可能有助于科学家更好地了解对女性和男性产生不同影响的神经精神疾病。 “这项研究的一个关键动机是，性在人类大脑发育、衰老以及精神和神经系统疾病的表现中发挥着至关重要的作用，”斯坦福大学精神病学和行为科学教授兼主任维诺德·梅农博士说。认知与系统神经科学实验室。 “确定健康成人大脑中一致且可复制的性别差异是深入了解精神和神经疾病中性别特异性脆弱性的关键一步。” 梅农是该团队发表的研究的高级作者 美国国家科学院院刊标题为“深度学习模型揭示了人类功能性大脑组织中可复制、可推广和行为相关的性别差异”。 研究人员在报告中得出结论：“我们的研究结果强调了性别作为人类大脑组织中生物决定因素的关键作用，对于开发精神和神经疾病中的个性化性别特异性生物标志物具有重要意义，并提供了基于人工智能的创新计算工具以供未来研究之用。” 主要作者是 Srikanth Ryali 博士和学术研究员张远博士。 作者指出，性在早期大脑发育、青春期和衰老中发挥着重要作用。 此外，他们指出，“性别是影响人类行为、影响大脑功能以及精神和神经疾病表现的重要生物学因素……因此，了解人脑性别差异对于理解规范行为和精神病理学至关重要。” ” 科学家表示，事实上，一个人的性别在多大程度上影响其大脑的组织和运作方式长期以来一直是科学家们争论的焦点。 虽然我们知道我们与生俱来的性染色体有助于决定我们大脑所接触的激素混合物——尤其是在早期发育、青春期和衰老过程中——但研究人员长期以来一直在努力将性别与人类大脑的具体差异联系起来。 男性和女性的大脑结构往往看起来很相似，之前研究大脑区域如何协同工作的研究也基本上未能发现一致的性别大脑指标。 “……之前关于男性和女性大脑组织差异的研究尚无定论，”研究人员指出。 “……我们对人类功能性大脑组织的性别差异及其行为后果的理解因不一致的发现和缺乏重复性而受到阻碍。” 在他们新报告的研究中，梅农和同事利用人工智能的最新进展以及对多个大型数据集的访问，来进行比以前使用的更强大的分析。 首先，他们创建了一个端到端时空深度神经网络 (stDNN) 模型，并训练该模型对来自人类连接组计划 (HCP) 的静息态功能 MRI (rsfMRI) 大脑图像的数据进行分类。 当研究人员向模型展示大脑扫描并告诉它正在观察男性或女性的大脑时，模型开始“注意到”哪些微妙的模式可以帮助它区分差异。 科学家们表示：“我们的 stDNN 模型发现了可靠的性别差异，交叉验证分类准确率超过 90%，优于之前的研究。” 该团队无需进一步培训，就评估了其预测模型在其他数据集上的可复制性。 当对大约 1,500 个脑部扫描进行测试时，stDNN 模型几乎总能判断扫描来自女性还是男性。 与之前研究中使用的模型相比，它还表现出了卓越的性能，部分原因是它使用了分析动态 rsfMRI 扫描的深度神经网络。 这种方法捕捉了不同大脑区域之间复杂的相互作用。 “至关重要的是，我们的模型在测试和独立数据集中都优于之前的研究，”该团队指出。 该模型的成功表明，大脑中确实存在可检测到的性别差异，但之前并没有可靠地发现这些差异。 事实上，该模型在不同的数据集（包括来自美国和欧洲多个地点的脑部扫描）中表现良好，这一事实使得研究结果特别令人信服，因为它控制了许多可能影响此类研究的混杂因素。 “这是一个非常有力的证据，表明性别是人类大脑组织的一个强有力的决定因素，”梅农说。 直到最近，梅农团队采用的模型可以帮助研究人员将大脑分类为不同的组，但无法提供有关分类如何发生的信息。 然而，今天的研究人员可以使用一种称为可解释人工智能（XAI）的工具，它可以筛选大量数据来解释模型的决策是如何做出的。 梅农和他的团队利用可解释的人工智能，确定了对于模型判断脑部扫描来自男性还是女性最重要的大脑网络。 他们发现，最能帮助模型区分男性和女性大脑的“热点”包括默认模式网络（DMN），这是一种帮助我们处理自我参照信息的大脑系统，以及纹状体和边缘网络，它们参与学习以及我们如何应对奖励。 值得注意的是，他们指出，DMN、纹状体和边缘网络也是“患病率存在女性或男性偏向的精神疾病的功能障碍位点，包括自闭症、注意力缺陷障碍、抑郁症、成瘾、精神分裂症和帕金森病”具有特定性别的后遗症和结果。” 研究小组表示，他们的发现“……因此可能为调查个体精神和神经疾病易感性方面的性别差异提供一个模板。” […]
利用新的 AI 驱动算法 MaxFuse 连接空间基因组学和空间蛋白质组学
播出日期： 2024 年 2 月 26 日 时代：太平洋时间上午 3:00、东部时间上午 6:00、欧洲中部时间中午 12:00 太平洋时间上午 9:00、东部时间中午 12:00、欧洲中部时间下午 6:00 在空间和单细胞水平上分析蛋白质组、代谢组、转录组和表观基因组数据的技术已经取得了长足的进步。 总而言之，这些方法提供了生物过程和系统的整体视图，并揭示了潜在的治疗靶点。 然而，组合和整合来自这些不同模式和平台的数据提出了重大挑战。 在这 2 部分中 根 在网络研讨会系列中，我们的专家演讲者 Garry Nolan 博士（第 1 部分）将讨论 MaxFuse，这是一种新的 AI 算法，它提供空间蛋白质组数据与单细胞转录组和表观基因组数据集的可靠、快速且经济高效的集成。 在第 2 部分中，聆听 Aaron Mayer 博士的讲解，了解有关 Enable Medicine 的 Enable CloudPlatform 的所有信息，以及 MaxFuse 如何利用它来促进强大的数据生成，以加速发现并在临床应用方面取得进展。 网络研讨会第 1 部分 单细胞测序和空间组学技术现在可以分析细胞内不同的分子读数并保留其空间背景。 然而，跨模态整合数据（“跨模态整合”）仍然具有挑战性，特别是当模态之间的关联特征较弱或信息不足时。 在本次网络研讨会中，Garry Nolan 介绍了 MaxFuse，这是一种克服这些限制的新颖的跨模式数据集成方法。 MaxFuse […]
骨髓细胞在动物模型中更新功能性膀胱组织
芝加哥安与罗伯特 H.卢里儿童医院和西北大学斯坦利·曼尼儿童研究所的科学家们报告说，他们在一项利用非人类灵长类动物模型的长期研究中成功地再生了功能齐全的膀胱组织。 他们的研究为患有严重膀胱功能障碍的患者铺平了道路，并有可能转化为临床实践。 他们的研究结果发表在 美国国家科学院院刊 （美国国家科学院院刊） 关系 在一篇题为“多能骨髓细胞接种的聚合物复合材料可驱动长期、明确的膀胱组织再生”。 研究人员写道：“迄今为止，对于终末期膀胱功能障碍还没有有效的转化解决方案。” “目前的手术策略包括尿流改道和膀胱扩张肠膀胱成形术（BAE），利用自体肠段（例如回肠）来增加膀胱容量以保护肾功能。 考虑到护理标准，BAE 充满了许多短期和长期临床并发症。” 研究人员使用了一种新型可生物降解支架，其中植入了来自动物自身骨髓的干细胞和祖细胞，该支架比传统上用于治疗不同类型膀胱功能障碍的肠段具有更高的成功率。 经过两年的监测，再生的膀胱组织非常健康，可作为人类的临床前模型。 “我们的研究结果非常出色，为该领域指明了一个新的方向，”卢里儿童医院曼尼研究所儿科泌尿再生医学主任、西北大学范伯格医学院泌尿学研究副教授、资深作者 Arun Sharma 博士说道。 。 “我们的创新平台在人类身上可行的可能性非常高，我们预计很快就会启动临床试验。” 患有严重膀胱功能障碍的患者对于膀胱组织替代的选择非常有限。 Sharma 和同事正在针对儿童脊柱裂人群开展膀胱再生工作。 他们的重点是为目前治疗严重膀胱疾病的膀胱增大手术提供更好的替代方案。 目前，小肠组织被用来替代功能失调的膀胱组织，但这增加了许多临床并发症的风险。 “我们的创新方法有望为患有脊柱裂的儿童和其他患有末期膀胱功能障碍的儿童的生活带来巨大的变化，”夏尔马说。 “由于我们将使用患者自己的骨髓细胞，因此不存在排斥问题，而且我们的支架无毒且可生物降解。 在我们的研究中，膀胱在几个月内开始工作，并在整个研究过程中展示了其功能。 这是将改变临床实践的重大进步。” 2024-01-31 00:11:12 1706660784 #骨髓细胞在动物模型中更新功能性膀胱组织
刺激细胞分裂的癌症突变帮助心脏模型全速运转
破碎的心会随着时间而愈合。 然而，心脏病发作后的心脏组织却并非如此。 虽然皮肤和身体的许多其他组织在受伤后保留了自我修复的能力，但心脏缺乏这种能力。 心脏细胞在胚胎和胎儿发育过程中迅速分裂，形成心脏组织和心肌。 然而，当心脏细胞在成年期成熟时，它们会达到无法再分裂的最终状态。 心脏病发作后修复心肌是心脏研究的前沿，研究人员一直在研究说服心肌细胞再生的方法。 现在，杜克大学的生物医学工程师从一个意想不到的地方——癌症——开发出了一种新策略。 在他们发表于的新研究中 科学进步 在一篇题为“BRAF-V600E 对工程心肌细胞周期、代谢和功能的时间依赖性影响，”杜克大学的研究人员利用了黑色素瘤中发现的强大突变，可以推动心肌在心脏组织的实验室模型中增殖。 杜克大学生物医学工程教授 Nenad Bursac 博士说：“成熟的心肌细胞通常不会分裂，因此我们认为需要一种特别强的基因突变来说服它们繁殖。” “MAPK 是一种众所周知的途径，当它发生突变时，可以非常积极地诱导癌症增殖，这就是我们选择研究它的原因。” 在这项研究中，Bursac 和博士生 Nicholas Strash 研究了在 3D 水凝胶环境中生长的新生大鼠心脏细胞。 实验室经过十多年的开发，水凝胶环境提供了细胞生长和成熟为成人样心肌组织的线索，细胞分裂自然停止。 工程化大鼠心脏组织的两个横截面显示 BRAF 突变正在发挥作用。 右侧 BRAF 改变的细胞具有更多新合成的 DNA（绿色），表明该突变正在诱导细胞分裂。 [Nicholas Strash, Duke University]为了让肌肉再次分裂和生长，研究人员用携带突变 BRAF 基因的病毒感染了它。 按照正常行为，病毒将突变基因插入细胞中，使其成为细胞 DNA 的一部分。 研究人员随后引入了一种药物，可以激活突变的 BRAF 基因。 与皮肤癌一样，突变基因一旦被激活，就会导致心肌细胞进入 DNA 合成阶段，但也并非没有缺点。 斯特拉什说：“一旦细胞开始进入增殖阶段，它们也开始分解使它们在心脏中收缩和泵血的机制。” “它导致整个组织失去了大约 70% 的收缩强度，这是相当惊人的。 原因之一是组织中几乎所有细胞都被病毒感染。” 随着力量的丧失，基因激活的剂量和持续时间需要精确控制——因此在对人类患者进行任何潜在的使用之前还有很多工作要做。 研究人员必须应用不同的传递系统，以临床医生可以完全控制的方式将基因传递到正确的细胞。 另一个障碍是确定如何在不导致心脏组织失去强度的情况下启动心脏组织再生。 […]
过度活跃的基因与唐氏综合症患者的心脏缺陷有关
大约一半患有唐氏综合症的婴儿患有心脏缺陷，根据病情的严重程度，可能需要高风险手术或持续监测。 现在，弗朗西斯·克里克研究所和伦敦大学学院的科学家将人类 21 号染色体上的 Dyrk1a 基因与这些人的心脏缺陷联系起来，这可能为新的治疗可能性打开一扇大门。 他们的发现发表在《科学转化医学》上一篇题为“DYRK1A 剂量增加会导致唐氏综合症小鼠模型出现先天性心脏缺陷”。 这并不是 Dyrk1a 第一次与唐氏综合症相关。 其他研究将其与唐氏综合症患者中观察到的认知障碍和颅面畸形联系起来，但它与心脏缺陷的联系是一个新发现。 通过查看胚胎小鼠模型的心脏数据，研究人员发现 Dyrk1a 在小鼠体内以三个拷贝存在时会导致心脏缺陷。 Dyrk1a 编码一种称为 DYRK1A 的酶。 研究表明，额外的 Dyrk1a 副本会降低发育中心脏细胞分裂所需基因的活性以及线粒体的功能。 这些变化与未能正确分隔心室有关。 此外，当研究人员在怀孕小鼠身上测试 DYRK1A 抑制剂时，它们的幼仔在心脏形成时模拟唐氏综合症心脏缺陷，他们观察到遗传变化部分逆转，幼仔的心脏缺陷不那么严重。 这些发现确实表明针对该基因的潜在治疗方法可能对人类有效。 免疫细胞生物学组组长 Victor Tybulewicz 博士指出：“然而，人类的心脏在怀孕的前 8 周内形成，很可能在对婴儿进行唐氏综合症筛查之前，因此现在进行治疗还为时过早。”克里克实验室和唐氏综合症实验室以及该论文的资深作者。 “希望 DYRK1A 抑制剂能够在怀孕后期对心脏产生影响，甚至在出生后产生更好的影响。 这些是我们目前正在调查的可能性。” 他们还在研究其他基因是否可能参与心脏缺陷的发展。 虽然 Dyrk1a 是这个方程的重要组成部分，但研究人员怀疑它并不是唯一的参与者。 这也反映在研究数据中。 证据表明，Dyrk1a 需要三个副本才能导致小鼠心脏缺陷，单独使用是不够的。 此外，他们使用的抑制剂仅部分逆转了幼鼠心脏的变化。 这表明另一个未知基因也必定与唐氏综合症心脏缺陷的起源有关。 目前该团队正在寻找它。 除了这些研究之外，研究人员还与 Perha Pharmaceuticals 合作，测试 DYRK1A 抑制剂用于治疗与唐氏综合症和阿尔茨海默病相关的认知障碍。 但他们也在探索 Dyrk1a […]
使用微流体纺成的人造蜘蛛丝，模仿天然纤维
蜘蛛丝以其强度、柔韧性和重量轻而闻名，其抗拉强度可与同直径的钢材相媲美。 此外，它还具有生物相容性（这意味着它可以用于医疗应用）并且可生物降解。 但由于多种原因，大规模采集蜘蛛丝已被证明是不切实际的。 因此，科学家们一直致力于开发一种在实验室中生产它的机制。 现在，日本理化学研究所可持续资源科学研究中心的研究人员发明了一种可以纺出与天然蜘蛛丝非常匹配的人造蜘蛛丝的装置。 人造丝腺能够通过模仿蜘蛛丝腺中自然发生的各种化学和物理变化来重建丝的复杂分子结构。 该作品发表于 自然通讯 在论文中，“通过微流体复制剪切介导的蜘蛛丝自组装。” 微流体装置。 将前体蛛丝蛋白溶液放置在一端，然后通过负压将其拉向另一端。 当蜘蛛丝流经微流体通道时，它们会受到化学和物理环境的精确变化，并自组装成丝纤维。[RIKEN]蜘蛛丝是一种由蜘蛛蛋白（具有高度重复序列的大型蛋白质）制成的生物聚合物纤维。 丝纤维内有β片层，必须正确排列β片层才能使丝纤维具有独特的机械性能。 为了重现这一过程，RIKEN 科学家采用了仿生学方法。 “在这项研究中，我们尝试使用微流体模拟天然蜘蛛丝的生产，这涉及通过狭窄通道流动和操纵少量流体，”生物材料化学实验室教授、高分子材料化学系主任 Keiji Numata 博士解释道，京都大学。 “事实上，我们可以说蜘蛛的丝腺起到了一种天然微流体装置的作用。” 为此，将基于重组 MaSp2 蛛丝蛋白的前体蛛丝蛋白溶液放置在一个包含通道的小矩形盒子的一端，然后通过负压将其拉向另一端。 当蜘蛛丝流经微流体通道时，它们会暴露在化学和物理环境的精确变化中。 在正确的条件下，蛋白质自组装成丝纤维，具有其特有的复杂结构。 更具体地说，该策略“结合了离子诱导的液-液相分离、pH 驱动的原纤维化和剪切依赖性诱导 β-折叠形成。” 除此之外，研究人员还发现，用力推动蛋白质通过是行不通的。 只有当他们使用负压拉动蛛丝蛋白溶液时，才能组装出具有正确的β片层排列的连续丝纤维。 “一旦建立并优化了不同的条件，微流体系统的鲁棒性令人惊讶，”RIKEN 研究科学家 Ali Male 说道。 “纤维组装是自发的、极其快速且具有高度可重复性。 重要的是，这些纤维表现出天然丝纤维中独特的层次结构。” 作者写道，“纤维形成需要大约 72 Pa 的阈值剪切应力，并且 β-折叠的形成取决于重复序列中聚丙氨酸块的存在。 形成的 MaSp2 纤维的 β-折叠含量 (29.2%) 与剪切应力要求为 111 Pa 的天然拉铲相当。” 使用这种方法人工生产丝纤维的能力不仅有助于减少当前纺织品制造对环境的负面影响，而且蜘蛛丝的可生物降解和生物相容性使其成为生物医学应用的理想选择，例如缝合线和人工韧带。 “理想情况下，我们希望对现实世界产生影响，”沼田说。 “为了实现这一目标，我们需要扩大我们的纤维生产方法并使其成为一个连续的过程。 我们还将使用多种指标来评估人造蜘蛛丝的质量，并在此基础上进行进一步的改进。” […]
牙龈疾病会加剧慢性阻塞性肺病
严重的牙龈疾病与慢性阻塞性肺病（COPD）的进展有关。 然而，目前尚不完全了解这种联系如何在免疫系统中发挥作用。 现在，一项新研究揭示了免疫系统细胞在慢性阻塞性肺病和牙龈疾病之间的微生物联系中发挥着关键作用。 中国四川大学的研究人员报告称，与牙龈疾病相关的细菌通过激活两种类型的细胞（γδ T 细胞和 M2 巨噬细胞）促进慢性阻塞性肺病。 研究结果发表于 移动系统 在一篇题为“牙周炎通过激活γδT细胞和M2巨噬细胞加重COPD”。 研究人员写道：“慢性阻塞性肺病是一种慢性全身炎症性疾病，发病率和死亡率很高。” “牙周炎会加剧慢性阻塞性肺病的进展； 然而，牙周炎影响慢性阻塞性肺病的免疫机制仍不清楚。 在这里，通过构建牙周炎和慢性阻塞性肺病小鼠模型，我们证明了牙周炎和慢性阻塞性肺病可以相互加剧疾病进展。 我们首次发现该进展与γδ T细胞和M2巨噬细胞的激活有关，并且巨噬细胞的M2极化受到γδ T细胞激活的影响。” “通过加强牙周治疗并靶向抑制 γδ T 细胞和 M2 巨噬细胞 [we] 也许能够帮助控制慢性阻塞性肺病的进展，”与微生物学家李岩博士一起领导这项研究的微生物学家唐博宇博士说。 牙周炎是一种慢性传染病，之前的研究发现它是多种疾病的危险因素，包括糖尿病、高血压、某些癌症、心血管疾病和慢性阻塞性肺病。 之前的研究，包括李和唐领导的一些研究，已经证实口腔细菌 牙龈卟啉单胞菌 在牙龈疾病中起着重要作用。 在当前的研究中，Li、Tang 和他们的同事使用小鼠模型来展示这些细菌如何加剧慢性阻塞性肺病的进展。 在一项实验中，他们发现同时感染牙周炎和慢性阻塞性肺病的小鼠比单独感染慢性阻塞性肺病的小鼠的慢性阻塞性肺病进展更严重。 在另一项实验中，他们观察到，在口服感染 牙龈卟啉单胞菌细菌迁移到并感染肺组织，导致肺微生物群发生显着的、可观察到的变化。 使用流式细胞术和免疫荧光的进一步观察表明，牙周炎促进了肺组织中免疫细胞的扩张。 最后，在使用小鼠肺组织的实验中，该小组通过证明以下内容将这些点联系起来 牙龈卟啉单胞菌 可以激活免疫细胞，促进其产生与慢性阻塞性肺病恶化相关的细胞因子的能力。 研究人员指出，肺功能的下降和免疫细胞的增加比他们预测的要温和，但这可能是实验设置的人为因素。 研究小组通过接触香烟烟雾创建了慢性阻塞性肺病动物模型。 “如果能够延长接触香烟烟雾的时间，这些变化可能会更加明显，”李说。 李说，在未来的研究中，该小组计划调查烟雾暴露的增加如何影响免疫反应。 “我们将进一步对人体进行更多研究，以证实这一机制，”李说。 他们计划招募患有这两种疾病的患者并提供牙周炎治疗，然后比较前后的肺功能和免疫细胞计数。 “我们的发现可能会带来治疗慢性阻塞性肺病的潜在新策略。” 2024-01-16 12:16:25 1705407901 #牙龈疾病会加剧慢性阻塞性肺病
肠道细菌可以保护干细胞移植患者免受有害的免疫反应
干细胞移植后，捐赠的免疫细胞有时会导致移植物抗宿主病（GvHD）。 现在，慕尼黑工业大学 (TUM) 和雷根斯堡大学诊所 (UKR) 的研究人员报告称，当肠道中存在某些微生物时，GvHD 的发生率要低得多。 将来，可能有可能有意地产生微生物组的这种保护性成分。 他们的研究“细菌和噬菌体联合体与接受干细胞移植的患者的保护性肠道代谢物有关”出现在 自然癌症。 一段时间以来，人们已经知道肠道中的微生物在决定是否发生 GvHD 方面发挥着重要作用。 与 TUM 内科 III 诊所和综合诊所研究小组负责人 Erik Thiele Orberg 博士、UKR 同种异体干细胞移植高级教授 Ernst Holler 博士以及 UKR 医院 Hendrik Poeck 博士合作的团队Nature 中描述的内科诊所和综合诊所 癌症 肠道微生物组必须如何组成才能提供保护。 埃里克·蒂勒·奥伯格博士 “微生物组是接受同种异体造血干细胞移植（allo-SCT）患者临床结果的预测因子。 微生物群衍生的代谢物可以调节这些结果。 目前尚不清楚细菌、真菌和病毒如何促进肠道代谢物的产生。 我们结合了来自接受异基因 SCT 的患者粪便样本的扩增子测序、病毒宏基因组学和靶向代谢组学（n = 78）并发现了微生物组特征 毛螺菌科和 颤螺科 及其相关的噬菌体。 与免疫调节代谢物（IMM）的产生相关，”研究人员写道。 “此外，我们还建立了 IMM 风险指数 (IMM-RI)，该指数与提高生存率和减少复发有关。 大量的短链脂肪酸生物合成途径，特别是通过丁酰辅酶 A (CoA) 产生的丁酸：乙酸 […]