科研进展--中国科学院广州分院

近日，深圳先进院成功研发国内首台高清晰磁共振兼容人脑PET功能成像仪器（命名为“SIAT bPET”），实现了我国在高端磁兼容脑PET成像仪器研发方面零的突破。
　　近日，中科院广州分院系统研究所深圳先进技术研究院成功研发国内首台高清晰磁共振兼容人脑PET功能成像仪器（命名为“SIAT bPET”），实现了我国在高端磁兼容脑PET成像仪器研发方面零的突破。
　　“通常，PET成像仪器由于探测器的深度不确定效应，空间分辨率会随着偏离成像视野中心而变差，严重影响成像精度。”深圳先进院医工所劳特伯生物医学成像研究中心研究员杨永峰表示，他们团队研发了高三维分辨率双端读出探测器，使得该大口径成像系统达到14%的中心效率（350-750 keV能量窗），和整个成像视野好于1.4 mm的空间分辨率，两项性能指标都处于国际领先水平。
　　杨永峰介绍道，与国外商业磁兼容脑PET成像仪器相比，SIAT bPET的效率提高了近2倍（从7.2%到14%），平均体分辨率提高了30倍以上（从约64mm3到2mm3）。同时，SIAT bPET采用了创新的电子学和磁兼容设计，使得磁共振成像对PET成像的影响几乎可以忽略不计，PET成像对磁共振成像图像信噪比的影响小于5%，满足同时开展PET/MRI成像的尖端科研需求。
　　据了解，PET和MRI都是脑科学研究和脑疾病诊断的重要工具，PET的高灵敏度、高定量精度功能代谢成像和MRI的高空间分辨率、高软组织对比度解剖结构成像高度互补，PET和MRI还可以相互辅助，进一步提升各自的脑神经成像能力。PET分子成像通过测量大脑的血流、葡萄糖和氧的代谢、蛋白质的生成、药物的分布和神经递质的动力学等，探索不同脑区的功能，确定病变脑区的功能演变，对于脑疾病干预治疗策略和新药物探索具有重要意义。
　　“不过，目前市场上并没有高性能脑PET成像仪器。”杨永峰说，与美国脑计划项目正在资助研发的多个高性能脑PET成像仪器相比，SIAT bPET的空间分辨率和效率也处于先进水平。“高空间分辨率使得研究大脑的细微焦点脑功能区和小的核团成为可能，还可以通过降低部分容积效应来提高脑PET成像研究的定量精度；高效率除了通过提高脑PET图像的信噪来提高研究的定量精度，也为高精度研究神经递质活动和其他动态脑生化与功能活动奠定基础。”
　　2022年，团队成员邝忠华在国际核医学和分子影像年会与IEEE医学成像会议上口头报告了该研究成果，随即引起了广泛的国际关注。同时，该仪器也为开展基于PET功能成像的脑科学研究、老年性痴呆等疾病的早期定量诊断研究和新药开发提供了一台重要的新工具。
　　据悉，相关研究由基金委国家重大科研仪器研制、深圳市孔雀团队和中国科学院仪器研制团队等项目资助。
　　深圳先进院研制的SIAT bPET探测器系统和脑成像仪器照片
　　SIAT bPET获得的Derenzo模体图、人脑FDG代谢图和兔子NaF骨扫描图
　　SIAT bPET和联影uMR790 3T磁共振成像系统上同时获得的人脑PET/MRI图像
　　

2023-02-02

广州分院系统研究所深圳先进院揭示促进NK细胞过继治疗的新靶点

该研究提示靶向敲除TIPE2是促进NK细胞免疫治疗的潜在策略。
　　2月1日，肿瘤免疫治疗学会(SITC，Society for Immunotherapy of Cancer)的官方杂志Journal for ImmunoTherapy of Cancer在线发表了田志刚课题组的最新研究成果”TIPE2 deletion improves the therapeutic potential of adoptively transferred NK cells”，报道了在肿瘤微环境的NK细胞中TIPE2分子的表达水平与NK细胞的功能耗竭状态相关，通过CRISPR/Cas9技术敲除TIPE2阻滞了NK细胞耗竭状态并显著增强过继NK细胞的抗肿瘤效应，表明靶向敲除TIPE2是促进NK细胞免疫治疗的潜在策略。
　　中国科学技术大学田志刚教授、孙昊昱教授及中国科学院深圳先进技术研究院毕嘉成副研究员为该文的通讯作者，毕嘉成副研究员同时是该文的第一作者。
　　
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　　免疫治疗的快速发展正在改变肿瘤的治疗范式，然而，并不是所有的患者都能从免疫治疗中受益。在应对实体肿瘤等情况下，免疫治疗仍面临有效性和安全性不足等问题。另一方面，在合成生物学理念与技术的影响与驱动下，当前的免疫治疗研究正往以工程化操控为主要特征的“合成免疫学”新阶段发展，旨在通过设计与构建新型合成免疫分子、合成免疫细胞等，对免疫应答进行理性操控，从而实现肿瘤等重大疾病的免疫治疗。 “卡控点分子/ Immune Checkpoints”（对免疫系统具有重要调节作用的分子）作为合成免疫分子/细胞设计的重要元件，对其进行深入研究不仅能揭示免疫应答的调控规律，而且能提供工程化设计合成免疫分子/细胞的理论依据。因而，“卡控点分子”研究是当前“合成免疫学”研究的关键切入点。　
　　NK细胞（天然杀伤细胞，Natural Killer cells）是一种固有免疫细胞，通过杀伤靶细胞、诱导靶细胞凋亡或分泌细胞因子来发挥对肿瘤的免疫监视功能。大量研究早已显示NK细胞不仅在控制血液系统肿瘤及肿瘤转移中发挥关键作用，而且NK细胞在实体肿瘤中的浸润水平也与患者的预后密切相关。NK细胞在当前的肿瘤免疫治疗研究中具有重要的地位，因为NK细胞不仅能识别并杀伤HLA低表达等逃逸T细胞应答的肿瘤细胞类型，而且NK细胞对基于T细胞的免疫治疗（如靶向PD-1/PD-L1的“卡控点疗法”）也具有促进作用，此外NK细胞还天然具有作为“通用型”合成免疫细胞疗法底盘细胞的优势。尽管如此，NK细胞在肿瘤微环境中会受到一系列免疫负调控细胞、分子等的负向调控，进入功能低下的“免疫耗竭”状态（图1）[1, 2]；为了充分发挥基于NK细胞的免疫治疗策略的优势，研究人员需要深入揭示肿瘤相关NK细胞的功能调节机制。
　　尽管如此，NK细胞在肿瘤微环境中会受到一系列免疫负调控细胞、分子等的负向调控，进入功能低下的“免疫耗竭”状态（图1）[1, 2]；为了充分发挥基于NK细胞的免疫治疗策略的优势，研究人员需要深入揭示肿瘤相关NK细胞的功能调节机制。
　　课题组前期已发现卡控点分子TIGIT（Hepatology 2014a,2014b; Nat Immunol 2018）、A3AR（Cell Mol Immunol 2021）和TIPE2（Science Advances 2021）在疾病状态如肿瘤、组织损伤与再生等过程中对NK细胞的功能具有负调控作用[3-7]。其中胞内卡控点分子TIPE2分子在稳态NK细胞中的表达水平与NK细胞的功能成熟相关，NK细胞条件性缺失Tipe2的小鼠呈现出更强的抗肿瘤功能[7]。在上述研究基础上，研究人员进一步通过单细胞转录组分析、报告基因小鼠等手段发现TIPE2在人及小鼠肿瘤相关NK细胞中的表达水平与NK细胞的功能耗竭状态相关（图2），且高表达TIPE2的NK细胞亚群与肿瘤患者较差的预后显著相关。
　　于是研究人员在人外周血来源的NK细胞及人诱导多能干细胞来源的NK细胞中，通过CRISPR/Cas9手段敲除TIPE2基因，然后在体外通过细胞因子诱导“记忆样”NK细胞的功能增强状态，随后转输到荷瘤小鼠，并发现TIPE2敲除的NK细胞相比对照NK细胞而言显著抑制肿瘤生长，并伴随NK细胞在肿瘤组织中更高的浸润水平（图3）。该研究表明靶向敲除胞内卡控点分子TIPE2可以阻滞NK细胞在肿瘤微环境中的免疫耗竭水平，促进NK细胞的浸润及功能，从而促进过继NK细胞的肿瘤免疫治疗，提示靶向TIPE2是促进NK细胞治疗的潜在策略。
　　该工作获得了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院定量工程生物学重点实验室、深圳合成生物学创新研究院等项目的支持。
　　图1. NK细胞在肿瘤微环境中进入功能低下的“免疫耗竭”状态
　　图2. TIPE2的表达水平与肿瘤相关NK细胞的功能耗竭相关
　　图3. 通过CRISPR/Cas9敲除TIPE2促进NK细胞的过继治疗
　　
　　参考文献：
　　[1] Bi J*, Tian Z*. NK Cell Exhaustion. Frontiers in immunology 2017, 8: 760.
　　[2] Bi J*, Tian Z*. NK cell dysfunction and checkpoint immunotherapy. Frontiers in immunology 2019, 10: 1999.
　　[3] Bi J, Zhang Q, Liang D, Xiong L, Wei H, Sun R*, Tian Z*. T-cell Ig and ITIM domain regulates natural killer cell activation in murine acute viral hepatitis. Hepatology2014, 59(5): 1715-1725.
　　[4] Bi J, Zheng X, Chen Y, Wei H, Sun R*, Tian Z*. TIGIT safeguards liver regeneration through regulating natural killer cell-hepatocyte crosstalk. Hepatology 2014, 60(4): 1389-1398.
　　[5] Zhang Q, Bi J, Zheng X, Chen Y, Wang H, Wu W, Wang Z, Wu Q, Peng H, Wei H, Sun R*, Tian Z*. Blockade of the checkpoint receptor TIGIT prevents NK cell exhaustion and elicits potent anti-tumor immunity. Nat Immunol 2018, 19(7): 723-732.
　　[6] Bi J, Zheng C, Zheng X. Increased expression of adenosine A3 receptor in tumor-infiltrating natural killer cells. Cell Mol Immunol 2021, 18(2): 496-497.
　　[7] Bi J*, Cheng C, Zheng C, Huang C, Zheng X, Wan X, Chen YH, Tian Z, Sun H*. TIPE2 is a checkpoint of natural killer cell maturation and antitumor immunity. Science Advances, 2021, 7(38):eabi6515
　　

2023-02-03

深圳先进院揭示伏隔核功能亚区的奖赏处理

研究揭示了伏隔核不同亚区在分子、环路及奖赏编码中的特征，为未来在生理和疾病情况下伏隔核功能亚区的细分提供了新的理论框架.
　　近日，中国科学院深圳先进技术研究院脑认知与脑疾病研究所/深港脑科学创新研究院/深圳理工大学（筹）朱英杰团队，在Cell Reports 杂志在线发表了题为“Distinct reward processing by subregions of the nucleus accumbens” 的文章，揭示了伏隔核不同亚区在分子、环路及奖赏编码中的特征，为未来在生理和疾病情况下伏隔核功能亚区的细分提供了新的理论框架.
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　　众所周知，多巴胺是奖赏动机的重要神经机制。伏隔核（NAc）与腹侧被盖区（VTA）形成相互连接，可以直接和间接方式调节多巴胺神经元的活动。NAc神经环路功能变化是奖赏学习的重要神经基础，而NAc功能障碍与抑郁症和药物成瘾等脑疾病有密切关系。
　　朱英杰团队的研究表明，伏隔核的内外侧亚区（NAcLat和NAcMed）中的神经元在动机行为中扮演着相反的角色，它们对奖赏刺激的反应、接受输入的大脑区域以及转录谱均有所不同。通过微型显微钙成像和环路示踪技术，研究人员发现NAc神经元对奖赏的反应存在巨大的异质性，NAcLat神经元更多地被奖赏激活，而NAcMed神经元更多地被奖赏抑制，这不同的反应特性跟其接收的不同上游输入有关。利用空间转录组测序技术，研究团队揭示了NAcLat 和NAcMed在转录组水平上的巨大差异，并鉴定了Nts-阳性的神经元作为NAcLat的代表和Cartpt-阳性的神经元作为NAcMed的代表。
　　NAcLat和NAcMed在奖赏处理中的功能差异反映了这两个亚区对动机行为和情绪障碍的不同贡献。想要理解NAc在药物成瘾和抑郁症中的作用机制并据此开发安全有效的治疗方法，必须考虑到NAc神经元在奖赏编码和转录组水平的异质性。朱英杰团队的最新数据提供了对NAc功能更全面的理解，并将有助于未来开发治疗奖赏相关疾病（如药物成瘾和抑郁症）的新型治疗策略。
　　中科院深圳先进院/深圳理工大学（筹）朱英杰课题组的博士生陈高伟为论文的第一作者，朱英杰研究员和周魁魁副研究员为该论文的共同通讯作者；毕国强研究员、徐放副研究员、中科院广州健康院彭广敦研究员等人参与了本项研究工作。论文得到了Erwin Neher教授、孙坚原教授和陈晓科教授等人的宝贵建议和帮助，并获得国家自然科学基金委、科技创新2030-“脑科学与类脑研究”重大项目、深港脑科学创新研究院和深圳市科创委等项目的资助。
　　伏隔核各亚区在奖赏编码和动机行为中的不同功能
　　

2023-02-08

深圳先进院开发钙钛矿微晶用于高效直接X射线探测成像

首次合成了性能比肩单晶的高质量全无机钙钛矿晶片，成功实现了高效直接X射线探测及扫描成像。
　　近日，中国科学院深圳先进技术研究院材料所喻学锋、刘延亮团队，在高水平国际学术期刊Nano Research在线发表研究论文“CsPbBr3-DMSO merged perovskite micro-bricks for efficient X-ray detection”。该成果聚焦钙钛矿直接型X射线探测器中全无机钙钛矿厚光敏层制备困难的科学问题，首次合成了性能比肩单晶的高质量全无机钙钛矿晶片，成功实现了高效直接X射线探测及扫描成像。本工作为制备高灵敏、高分辨直接X射线探测器提供了新的技术路线，在高端医疗影像诊断领域具有巨大的应用潜力。
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　　X射线探测被广泛用于医学影像诊断、工业无损检测、核反应监测等领域，与我们的生活息息相关。目前商用的间接X射线探测器存在二次光电转化效率低、可见光色散等难以克服的问题，导致探测灵敏度低、辐射剂量高、空间分辨率差。相比之下，基于半导体材料的直接X射线探测器可通过一次光电转换，直接将X射线转换成电信号，因此可具有更高的光电转换效率、探测灵敏度和空间分辨率。发展新型高效半导体光电转换材料是直接X射线成像探测器走向应用的关键。
　　全无机金属卤化物钙钛矿具有X射线衰减系数大、载流子迁移率高、载流子寿命长、材料稳定等优点，在直接X射线探测领域备受关注。为了充分吸收高能X射线，钙钛矿活性层的厚度应该达到数百微米。钙钛矿单晶是直接X射线探测的理想材料，但是其生长耗时长，且无法获得大面积、尺寸可控的单晶。此外，由于无机钙钛矿前驱体在溶液中的浓度低，材料利用率低，通过溶液法也很难制备出满足要求的钙钛矿厚膜。将钙钛矿粉末压实形成多晶钙钛矿晶片可以构建尺寸、厚度可调的钙钛矿X射线探测光敏层，但由此制备的多晶无机钙钛矿晶片通常含有许多空隙和晶界，严重影响了X射线探测器的效率及工作稳定性。
　　针对上述问题，结合之前的研究基础，喻学锋、刘延亮课题组从提升钙钛矿结晶度、降低钙钛矿晶片缺陷密度出发，发展出用于高性能X射线探测器的全无机钙钛矿晶片。通过机械研磨法可获得CsPbBr3粉体，进一步在少量DMSO中培养可产出大量具有立方形状、高结晶度和优良光电性能的CsPbBr3微晶。此外，合成过程中微量的DMSO通过Pb-O键结合到CsPbBr3微砖表面形成CsPbBr3-DMSO络合物。在热压加工过程中，络合物释放的DMSO蒸汽不仅可以促进CsPbBr3晶粒生长，还能在100 ℃的低温下促进CsPbBr3微砖融合成致密的晶片，从而提高电荷传输性能，获得高效钙钛矿直接X射线探测器，灵敏度可达14,430 μC Gyair –1 cm–2，检出限为564 nGyair s–1，具有良好的工作稳定性。
　　这项工作为钙钛矿材料开拓了新的应用方向，同时也为高质量钙钛矿晶片的制备提供了一种有效策略，具有很大科学和应用价值。
　　喻学锋研究员和刘延亮副研究员为本文通讯作者，史桐雨博士生为本论文第一作者，刘文俊硕士生为本文的共同第一作者。该研究工作获得了国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金青年项目、中科院青年创新促进会、深圳市杰青及中科院特别研究助理等项目的资助。
　　全无机钙钛矿晶片的制备及其应用于高灵敏直接X射线探测
　　

2023-02-08

亚热带生态所稻田土壤碳铁复合物对有机碳的保护效应与机制取得进展

南方稻田土壤富含铁矿物，大量研究强调了碳铁耦合对土壤有机碳长期储存和稳定的重要性，但由于碳铁复合物难以从土壤中分离，其对土壤有机碳的保护机制认识尚未深入。
　　南方稻田土壤富含铁矿物，大量研究强调了碳铁耦合对土壤有机碳长期储存和稳定的重要性，但由于碳铁复合物难以从土壤中分离，其对土壤有机碳的保护机制认识尚未深入。
　　为此，中国科学院亚热带农业生态研究所吴金水研究团队以2线水铁矿和6线水铁矿（分别代表无定型和晶型铁矿物）及13C-葡萄糖为原料制备了四种碳铁复合物（包括2线水铁矿结合态高量、低量葡萄糖和6线水铁矿结合态高量、低量葡萄糖），并以高量、低量纯葡萄糖为对照，采用室内培养试验，在60天培养期内观测了稻田土壤碳铁复合物的矿化过程及对土壤原有有机碳矿化的激发效应。结果表明，2线水铁矿结合态葡萄糖的累积矿化率比6线水铁矿结合态葡萄糖高~21%。仅葡萄糖添加刺激了土壤原有有机碳矿化，形成了正激发（~0.27 % SOC），但碳铁复合物输入抑制了土壤原有有机碳矿化，引起了负激发（-0.33% ~ -0.55% SOC）。CO2的激发效应强度取决于于水铁矿结晶度，即：6线水铁矿结合态葡萄糖引起的CO2激发效应强度仅为2线水铁矿结合态葡萄糖的一半。这是由于：6线水铁矿的铁还原速率较慢，其结合的葡萄糖释放量少；6线水铁矿吸附了溶解性有机碳、铵态氮和有效磷等，加重了微生物碳源和养分限制，从而抑制微生物活性。CH4的激发效应与水铁矿结合的葡萄糖浓度高度相关，即：水铁矿结合态高量葡萄糖的CH4负激发效应强度弱于水铁矿结合低量葡萄糖。这是由于：水铁矿结合态高量葡萄糖的铁还原速率快，葡萄糖被释放量多，为产甲烷菌提供更充分底物。研究明确了铁矿物通过降低其结合的碳被矿化并诱导负激发效应（抑制土壤有机碳矿化），进而促进稻田土壤有机碳积累，且碳积累增强效应取决于铁矿物的结晶度以及碳负载量。因此，促进无定型铁矿物向晶型铁矿物转化，可增强富铁水稻土有机碳积累。研究结果有助于深入理解碳铁复合物促进南方红黄壤性水稻土有机碳积累的过程机制，并对该区域土壤肥力提升及田间综合管理等方面具有重要指导意义。
　　该项研究近期以题为Iron–organic carbon associations stimulate carbon accumulation in paddy soils by decreasing soil organic carbon priming发表在土壤学期刊Soil Biology and Biochemistry上。该研究得到了国家自然科学基金和中科院青促会项目的资助。
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　　图1 土壤碳铁复合物制备及晶型结构表征
　　图2 稻田土壤碳铁复合物对有机碳的保护机制图

2023-02-06

深圳先进院在数字病理图像分析领域取得一系列新进展

近日，深圳先进院·医疗机器人与微创手术器械研究中心秦文健博士团队针对如何对数字病理图像单张巨大尺寸计算、多倍率信息利用、跨尺度信息融合的技术挑战，开展一系列相关研究，实现了“从算法模型创新——到实际临床验证”的科研思路。
　　近日，中国科学院深圳先进技术研究院·医疗机器人与微创手术器械研究中心秦文健博士团队在数字病理图像分析领域先后取得多项研究进展，团队针对如何对数字病理图像单张巨大尺寸计算、多倍率信息利用、跨尺度信息融合的技术挑战，开展一系列相关研究，实现了“从算法模型创新——到实际临床验证”的科研思路。相关工作前期发表生物医学信息领域国际权威期刊IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics, 病理领域国际权威期刊THE AMERICAN JOURNAL OF PATHOLOGY和GENES上。
　　病理学诊断是癌症临床确诊的金标准，它是通过显微镜观察病变微观组织、细胞的形态变化，对癌症诊断分期，为肿瘤患者提供术前诊断、治疗方案和术后预期的参考依据。随着患癌人数的增加，病理学诊断的需求也日益扩增，但是目前国内病理专家数量严重不足。数字病理成像技术为解决我国病理医生严重匮乏及资源分配不均匀的困境提供了可行的技术途径，该技术通过光学拼接扫描方式实现对完整病理玻片的数字化，得到全景病理图像。然而，面对单张十亿像素级的全景病理图像，人工对病理细胞分析的工作量巨大且易出错。
　　近年来，随着数字病理成像速度提升和深度学习算法的成熟，通过深度学习算法对数字病理图像自动提取特征，并在量化计算后给出量化评价，该分析过程具有很好的重复性、稳定性、鲁棒性，不仅可以得到客观的诊断结果，还依靠计算机自动化计算，大大提高工作效率，降低医生工作负担。尽管基于深度学习的病理智能计算取得了一定进展，然而，在真实临床应用中，病理学家通常以不同的放大倍率组合信息，即从亚核O（0.1μm）到细胞(≈O（10μm））和细胞间(≈O（100μm）），到其他更大尺度的组织(≈O（1mm））进行诊断。因此如何解决“金字塔”形式存储的多倍率信息有效利用与单张巨大尺寸的图像快速、准确计算依然存在技术挑战。
　　针对不同放大倍率下组织病理学图像信息融合的不足，秦文健团队通过长期不懈的积累，提出了一种创新性的深度多倍率相似性学习方法，该方法不仅有助于多放大倍率学习模型的可解释性，易于可视化低维（如细胞级）到高维（如组织级）的特征表示，克服了跨放大倍率信息传播理解的困难；同时借助于相似性交叉熵损失函数的设计，可以更好学习交叉放大倍率之间信息的相似性。最后通过不同主干网络特征提取和不同放大倍率组合的实验验证了所提出方法的有效性，并进一步通过可视化方式展示其解释能力，分别在公开和临床的组织病理学数据集上开展实验以验证方法性能，与现有方法对比，其曲线下面积（AUC）、准确度均取得了优异的性能。相关研究工作以“Deep Multi-Magnification Similarity Learning for Histopathological Image Classification”为题发表于生物医学信息领域国际权威期刊IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics（DOI: 10.1109/JBHI.2023.3237137），博士生刁颂辉为论文第一作者。
　　图1：研究团队提出的多倍率病理图像计算方法新框架和结果
　　团队前期研究中发现，经验丰富的病理学家通常需要对全景病理图像中对癌/疑似区域进行视觉检查，得到最终的诊断结果。然而，由于全景病理图像具有单张巨大尺寸的特性，人工视觉诊断是一项劳动强度大和耗时的挑战性任务。为与临床实际诊疗步骤相结合，并验证算法在临床的有效性，团队与临床医院合作实现了自动诊断算法的研究——提出了基于多倍率注意力卷积神经网络的弱监督框架。该方法只需图像级标签（而不需要像素级注释），即可以实现感兴趣区域（癌症）的检测，为临床病理医师的诊断直接提示可疑病灶区域，提升临床辅助诊断效率。所提出方法在TGCA肝癌数据集进行论证。实验结果表明，根据曲线下面积、准确度、灵敏度和特异性指标，该框架显著优于单尺度检测方法，并提供了非常快的检测时间。同时，方法与三位病理学家的诊断结果相比，团队提出方法的性能优于初级和中级病理学家，略低于高级病理学家。相关研究工作以“Weakly Supervised Framework for Cancer Region Detection of Hepatocellular Carcinoma in Whole-Slide Pathologic Images Based on Multiscale Attention Convolutional Neural Network”为题发表于病理学领域权威临床杂志The American Journal of Pathology,（DOI: 10.1016/j.ajpath.2021.11.009），博士生刁颂辉为论文第一作者。
　　图2：团队提出的多倍率弱监督框架实验结果
　　为融合病理图像形态学信息与分子基因功能信息实现病人生存状态的准确预测，团队结合前期病理图像计算的工作积累，设计了融合病理图像与基因的多模态生存预后预测模型，揭示了多模态信息对癌症预后有很大的潜力，通过多模态模型的建模有望为辅助临床诊断与决策提供有效工具。相关研究工作以“Integrative Histology-Genomic Analysis Predicts Hepatocellular Carcinoma Prognosis Using Deep Learning”为题发表于Genes（DOI: 10.3390/genes13101770)，硕士生侯嘉馨为第一作者。
　　图3：团队提出的融合病理与基因的预后预测模型与实验结果
　　上述研究工作得到了国家自然科学基金青年项目、面上项目、深圳市基础重点项目、中科院青年创新促进会等资助。
　　
　　论文链接：
　　1.http:// https://ieeexplore.ieee.org/document/10018139
　　2.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0002944021005241
　　3.http:// https://www.mdpi.com/2073-4425/13/10/1770
　　

2023-01-28

深圳先进院在紫外反射病理成像技术研究取得进展

该文章报道了一种可用于术中病理评估的快速病理组织成像方法。
　　近日，中国科学院深圳先进技术研究院郑炜研究员团队在iScience上发表了题为“Rapid and label-free histological imaging of unprocessed surgical tissues via Dark-field Reflectance Ultraviolet Microscopy”的文章，报道了一种可用于术中病理评估的快速病理组织成像方法。
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　　术中病理评估是肿瘤切缘判断的可靠标准，也是指导外科医生手术和治疗方案的重要依据。常规的组织病理学分析是基于石蜡包埋制片，该过程包括固定、脱水、切片、染色等繁琐、耗时的操作步骤，需要几天时间才能得到病理图像，无法提供术中指导，仅能作为术后评估方案。目前，临床手术中往往采用冰冻切片技术来提供术中病理图像，但该技术也仍需30分钟左右的时间才能获得病理评估结果；而且由于组织中水和脂肪的存在，冰冻切片的图像往往含有较大的伪影，影响病理特征的准确判别。　
　　针对这一问题，叶世蔚博士（第一作者）、郑炜研究员（通讯作者）等人提出了一种可用于快速病理组织评估的暗场反射紫外光学显微成像技术（Dark-field Reflectance Ultraviolet Microscopy, DRUM）（图1）。　
　　DRUM成像是基于260-nm紫外LED斜照明的宽场成像，在消除镜面反射和组织散射的基础上，利用细胞核吸收紫外光产生的暗信号和细胞核外组分由于折射率差异而产生的不同强度漫反射信号来提供图像对比度。因此，DRUM成像技术不仅能在无需物理切片和染色操作的前提下、在2-3分钟的周期时间内实现厚生物组织的快速成像（目前已知的周期时间最短的病理组织成像方法），而且能以亚细胞水平分辨率提供包括细胞核在内的多种病理特征信息。　
　　基于DRUM成像技术，研究团队在小鼠多种器官组织上区分了正常和肿瘤细胞，并提取了如细胞核间距、细胞核尺寸等定量病理特征。进一步地，研究团队与医院开展合作，针对术中切除的脑组织和乳腺组织进行了临床应用探索研究。可以发现，DRUM成像技术不仅能揭示临床样品上纤维占位、间质反应等明显的肿瘤组织特征，还能从亚细胞水平识别肿瘤细胞，并进行肿瘤亚型诊断（如脑膜瘤诊断）。该结果不仅与金标准的石蜡制片评估结果高度吻合，而且诊断结果得到病理医生的认可。此外，DRUM成像技术可以与现有的临床病理组织分析流程相兼容，而且系统简单、成本低、易于操作，具备很强的临床转化价值。该工作提供了一种快速的病理成像工具，可以助力术中决策，减少病人身体和心理上的痛苦，对临床医学具有重要意义。
　　该工作得到了国自然重大科研仪器、国自然重大研究计划以及广东省重点实验室等项目的支持，由中国科学院深圳先进技术研究院、深圳大学总医院和中山大学孙逸仙纪念医院联合完成。
　　图1 用于快速术中病理评估的暗场反射紫外光学成像技术（DRUM），可在2-3分钟的周期时间内对新鲜切除、未处理的厚生物组织样品进行快速、无标记成像，并特异性地区分细胞核等多种病理特征。
　　

2023-01-31

南海海洋所南科1＃生物标志物研究取得新进展

　　近日，中国科学院南海海洋研究所边缘海与大洋地质重点实验室研究员颜文领导的“赵焕庭南海岛礁科学钻探研究攻关突击队”在南科1＃生物标志物研究上取得新进展，相关成果发表在Chemical Geology（《化学地质》）上，朱小畏副研究员为论文第一作者，颜文为通讯作者，同济大学贾国东教授等为论文合作者。
　　南海珊瑚岛礁是我国经略南海的关键国土。珊瑚礁沉积是南海乃至西太平洋重要的沉积类型之一。珊瑚礁的主要构建者—造礁石珊瑚在其生长过程中记录了丰富的气候环境变化信息，是古环境研究的重要载体。然而，古老珊瑚礁碳酸盐岩因其有机质含量极低且难以提取的特点严重制约了其有机地化研究，致使珊瑚礁有机地化仍是一个鲜有涉足的新兴领域。
　　为了推动珊瑚礁有机地化学科发展，研究团队率先建立了一套系统的有机地化实验流程，从“南科1井”碳酸盐岩中成功提取出了丰富且有价值的生物标志物。基于此，团队对“南科1井”碳酸盐岩烃类化合物展开了系统研究，在中、晚更新世两个层位（45-65米和95-110米）识别出了石油烃侵入痕迹，推断来自周边含油气盆地海底烃渗漏，暗示了晚第四纪该区域构造活动异常活跃，可能与台湾造山运动有关（图1）。结合“南科1井”第四纪岩相学特征和年代框架，发现自然石油污染对当时珊瑚礁生态系统影响微弱，可能受到珊瑚共生（石油烃降解）微生物保护，揭示了自然条件下珊瑚对外界环境恶化影响具有较强的适应和恢复能力（图2）。
　　本研究为重建珊瑚礁长尺度环境记录和发育演化历史开辟了新途径，同时也拓宽了生物标志物在海洋沉积环境领域的应用窗口。
　　据悉，由中国科学院南海海洋研究所在南海典型岛礁组织实施完成的“南科1井”，总进尺2020.2米，其中礁体厚度达997.7米，以其连续完整的礁体样品（取芯率达91%）为深入探究南沙珊瑚礁发育演化过程及其记录的长尺度环境气候变化历史提供了宝贵材料。本研究也是研究团队在珊瑚礁有机地化领域的新进展，团队前期曾利用短链脂肪酸重建了美济礁中新世以来的生物生产力变化历史。
　　该研究工作得到了科技部重点研发计划项目、中国科学院战略性先导科技专项（A类）、南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）人才团队引进重大专项项目以及国家自然科学基金、广东省自然科学基金的资助。同时，感谢参与“南科1井”野外科学钻探的全体工程技术和科研工作人员。
　　相关论文信息：
　　Zhu, X., Jia, G., Tian, Y., Chen, F., Li, G., Xu, W., Miao, L., Yan, W., 2023. Ancient hydrocarbon slicks recorded by a coral atoll in the South China Sea. Chemical Geology, 619, 121316(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0009254123000165#f0015)
　　Zhu, X., Li, G., Tian, Y., Xu, W., Miao, L., Liu, J., Luo, Y., Cheng, J., Zhang, L., Wang, S., Yan, W., 2022. Production of short-chain n-fatty acids in coral reefs in the southern South China Sea since the Late Miocene. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 592: 110898 (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0031018222000682)
　　图1 晚第四纪时期石油烃侵入南海典型岛礁的主要途径
　　图2 “南科1井”石油污染样品(Group Ⅱ)微生物来源的支链脂肪酸(br-FAs)含量显著增高，可能与降解石油产生的增益有关
　　

2023-01-19

“广东冬种红松茸高产高效种植技术”入选2023年广州市农业主推技术

近日，广州市农业农村局发布了《关于推介发布2023年广州市农业主导品种主推技术的通知》（穗农函[ 2023 ] 12号），组织遴选了2023年广州市农业主导品种和主推技术。其中由中国科学院华南植物园段俊研究员团队、广州市农业技术推广中心和广州科博农业技术研究院合作研发的《广东冬种红松茸高产高效种植技术》成功入选。该技术成功解决了广州市乃至包括广东省在内的华南地区“冬闲”季节，利用稻草、谷壳、玉米秆（芯）、花生壳、黄豆秆（壳）、木屑和果园修剪物等“闲料” （农林产业废弃物），在林下、果园、冬闲田（地）、旱地和荒地等“闲地”露天种植红松茸的难道，并且种植效益高。葡萄园种植。
　　
　　近日，广州市农业农村局发布了《关于推介发布2023年广州市农业主导品种主推技术的通知》（穗农函[2023]12号），组织遴选了2023年广州市农业主导品种和主推技术，其中由中国科学院华南植物园段俊研究员团队、广州市农业技术推广中心和广州科博农业技术研究院合作研发的《广东冬种红松茸高产高效种植技术》成功入选。
　　食用菌味道鲜美、营养丰富，且有较强的保健功效，市场需求越来越大。目前我国生产的食用菌主要有香菇、黑木耳、平菇、金针菇、杏鲍菇、双孢菇和毛木耳等种类，这些食用菌基本上是设施栽培的（在专用菇房或大棚中栽培），技术和投资门坎相对较高。
　　《广东冬种红松茸高产高效种植技术》主要包括栽培品种选择、栽培基质配制与处理、种植时间与高产高效种植管理等方面。该技术成功解决了广州市乃至包括广东省在内的华南地区“冬闲”季节，利用稻草、谷壳、玉米秆（芯）、花生壳、黄豆秆（壳）、木屑和果园修剪物等“闲料”（农林产业废弃物），在林下、果园、冬闲田（地）、旱地和荒地等“闲地”露天种植红松茸的难道，并且种植效益高，同时种植过后的基质还可直接还田还地改良土壤，生态效益好。目前该技术已在包括广州在内的广东、福建、广西、江西和湖南等地示范，示范效果良好。
　　该技术的推广应用，不但可以有力促进广州市乃至包括广东省在内的华南地区食用菌产业发展，而且可以为农林产业废弃物资源化利用难题的解决提供技术抓手，同时还可以提高冬闲土地的利用率，促进农业增收。因此该技术在我国正在大力推进的乡村振兴大业中具有广阔的应用前景。
　　
　　红松茸冬闲田种植现场
　　林下种植
　　葡萄园种植
　　

2023-01-18

广州健康院成功培育嵌入小分子药物调控基因剪刀的工具猪

近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院赖良学课题组在Genome Biology（《基因组生物学》）发表了题为“Doxycycline-dependent Cas9-expressing pig resources for conditional in vivo gene nullification and activation”的研究论文，该研究构建了可通过小分子药物灵活调控基因剪刀蛋白Cas9表达的工具猪，利用该工具模型，实现了成体大动物体内高效基因编辑，并首次构建了大动物原发性可转移的胰腺导管腺癌模型。
　　近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院赖良学课题组在Genome Biology（《基因组生物学》）发表了题为“Doxycycline-dependent Cas9-expressing pig resources for conditional in vivo gene nullification and activation”的研究论文，该研究构建了可通过小分子药物灵活调控基因剪刀蛋白Cas9表达的工具猪，利用该工具模型，实现了成体大动物体内高效基因编辑，并首次构建了大动物原发性可转移的胰腺导管腺癌模型。
　　猪不仅是重要的农业经济动物，也是重要的医学动物模型。随着基因编辑技术的发展，特别是CRISPR/Cas9技术的出现，越来越多具有重要应用价值的基因修饰猪模型被培育出来。构建这些模型主要通过受精卵注射或体细胞核移植技术来实现。然而，通过受精卵注射方式获得的基因编辑动物往往是嵌合体，需通过进一步的繁殖才能获得目标基因型，通过体细胞核移植方式获得基因编辑动物涉及复杂、低效的体细胞克隆过程，耗时、耗力且成本极高。
　　为了解决以上问题，赖良学课题组多年来一直致力于培育嵌入基因剪刀（Cas9蛋白）的工具猪模型，早在2017年，培育出了以Cre重组酶为开关来启动Cas9蛋白表达的工具猪，首次实现了对成体大动物直接进行体内基因编辑，并将其成功地用于原发性肺癌模型的建立（Genome Research, 2017）。但该工具猪模型的应用需要在体内递送入Cre重组酶，其过程复杂、昂贵，且效率较低。另外，Cre重组酶对Cas9蛋白表达的启动是永久性的，而Cas9蛋白在体内的持续表达，会引起基组织损伤、脱靶效应及免疫反应等不利影响。
　　四环素诱导基因表达系统可通过简单的小分子药物Dox灵活地调控外源基因的表达时间与表达量，且具有简单、高效及易操作的特点。2022年，赖良学课题组通过基因编辑技术将该调控系统引入猪体内，培育出了Dox诱导外源基因表达工具猪模型，并证明了其对任意外源基因的可调控表达的有效性（Science China Life Sciences, 2022）。在本次研究成果中，研究人员进一步将Dox诱导外源基因表达系统和Cas9蛋白一起嵌入猪体内，培育出了带有升级版基因剪刀的工具猪。
　　研究人员首先证实，小分子药物可对工具猪体内的Cas9蛋白表达时间和表达剂量加以灵活调控，即Cas9表达由药物施用与撤除而加以启动和关闭，而表达量受给药剂量控制。另外，通过对怀孕母猪进行药物处理，小分子药物Dox可跨过胎盘屏障，实现胎儿体内剪刀蛋白Cas9的高效诱导表达。接着，研究人员进一步证实，诱导表达的剪刀蛋白Cas9不仅可以切割基因组，导致基因失活及染色体重排，还可以采用截短失活型sgRNA及转录激活蛋白组合，实现内源靶标基因的表达激活。
　　为了验证利用该工具模型进行体内基因编辑的效果，研究人员将包装有靶向两个抑癌基因（TP53、LKB1）的sgRNAs和人KRASG12D表达框的腺相关病毒通过胰腺导管和/或直接胰体注射至胰腺内，诱导产生致癌基因突变。21周后，猪出现明显的腹胀和摄食减少，PET-CT结果显示腹腔内出现明显的代谢信号异常，解剖结果显示，胰腺内出现大量肿瘤，并且已转移至肝脏、肠及膈膜等器官/组织，组织切片结果也显示出现了典型的胰腺导管腺癌病理变化。
　　研究团队获得的Dox诱导Cas9表达猪模型，将为直接进行体内基因编辑、体内基因文库筛选及体内基因表达调控提供理想的工具。
　　另外，研究人员还在该工具基础上，通过时空调控Cas9表达，建立了一步体细胞克隆法即可获得能够稳定遗传的时空特异性单或多基因敲除猪模型的策略，为后续构建各种用途的新型条件性基因敲除猪模型提供了极大便利，也为细胞谱系示踪模型构建、基因治疗过程中Cas9蛋白的安全性评估等研究提供理想的工具。
　　本研究中，中国科学院广州生物医药与健康研究院赖良学课题组金琴副研究员、刘晓艺博士研究生、庄镇鹏博士研究生以及广东省实验动物监测所黄家园博士为共同第一作者，赖良学研究员和王可品研究员为共同通讯作者。该研究成果得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、海南省重大科技计划、中国科学院青年创新促进会和中国科协青年人才托举工程等项目的资助。
　　论文链接
　　
　　Dox诱导Cas9表达工具猪模型培育与应用
　　（A）Dox诱导Cas9蛋白表达原理图；（B）原代Dox诱导Cas9表达工具猪照片；（C）基于Dox诱导Cas9表达工具猪构建原发性胰腺导管腺癌模型示意图；（D）原发性胰腺导管腺癌及其转移器官/组织照片；（E）Dox诱导Cas9表达工具猪的应用领域
　　

2023-01-18