前沿掠影

科學(xué)家首次看清呼吸道炎癥“病根”

近日，比利時(shí)根特大學(xué)、Flanders生物技術(shù)研究所（VIB）和Argenx生物技術(shù)公司的科學(xué)家們合作，共同解開了一個(gè)與哮喘、過敏性鼻炎等呼吸道炎癥有關(guān)的世紀(jì)謎團(tuán)，并以此為基礎(chǔ)開發(fā)出一種有效逆轉(zhuǎn)疾病的潛在創(chuàng)新療法。

之所以說是世紀(jì)謎團(tuán)，是因?yàn)樵缭?853年，巴黎的Charcot醫(yī)生就在哮喘病人的痰液中觀察到一種被稱為“CLC”的蛋白質(zhì)結(jié)晶，它們總伴隨著炎癥出現(xiàn)，但卻沒有人知道這些晶體與疾病到底有什么關(guān)系。直到最近幾十年，科學(xué)家才知道CLC的組分是一種叫作半乳糖凝集素-10（簡寫為Gal10）的分泌蛋白。不過，在細(xì)胞內(nèi)，Gal10以溶解形式存在，只有在分泌出來作為免疫防御時(shí)才形成晶體。

在實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)研究人員把Gal10晶體和可溶性Gal10分別注入小鼠體內(nèi)后發(fā)現(xiàn)，可溶形式的Gal10沒有對小鼠產(chǎn)生傷害，而Gal10晶體則讓小鼠像哮喘患者一樣在肺部產(chǎn)生了很多黏液。由此，科學(xué)家們證明了CLC不只是在炎癥和過敏疾病中出現(xiàn)，而根本就是引起炎癥的根源。對此，研究人員設(shè)計(jì)了一種針對結(jié)晶Gal10的抗體，不僅幾分鐘內(nèi)就可以把培養(yǎng)皿中的CLC晶體溶解，還可以在幾小時(shí)內(nèi)把病人痰液中的CLC溶解。盡管這種潛在的療法還需要更多試驗(yàn)驗(yàn)證，但臨床動(dòng)物實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)讓我們看到了幫助哮喘等過敏患者減輕癥狀的前景。

普通膠水成分可

用于培養(yǎng)造血干細(xì)胞

日本東京大學(xué)和美國斯坦福大學(xué)等機(jī)構(gòu)研究人員在新一期英國《自然》雜志上發(fā)表論文稱，他們設(shè)計(jì)出了一種造血干細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)，可使用高水平的促血小板生成素、低水平的干細(xì)胞因子等物質(zhì)培養(yǎng)造血干細(xì)胞。與過去一些培養(yǎng)液成本高昂不同，他們的培養(yǎng)液中使用聚乙烯醇（PVA，一些常見膠水中的主要成分）就能取得不錯(cuò)效果。

研究人員說，使用了聚乙烯醇的造血干細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)可讓取自實(shí)驗(yàn)鼠的造血干細(xì)胞增殖數(shù)百倍，將所得的造血干細(xì)胞移植到實(shí)驗(yàn)鼠體內(nèi)后，也有效分化出了白細(xì)胞等細(xì)胞。

振蕩催化劑：

打破催化速度的極限

近日，明尼蘇達(dá)大學(xué)和馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種可以加快化學(xué)反應(yīng)速度的新技術(shù)，比目前的反應(yīng)速度限制快10000倍。相關(guān)研究成果發(fā)表在期刊《ACS 催化》上。

研究人員稱，通過向催化劑施加波浪，打造振蕩催化劑可以打破催化速度的限制，并且千赫茲到兆赫茲的頻率會大大加快催化劑的使用速度。催化能源創(chuàng)新中心主任Dionisios Vlachos教授認(rèn)為，從常規(guī)催化劑到動(dòng)態(tài)催化劑的轉(zhuǎn)變將與從直流電到交流電的轉(zhuǎn)變一樣大，它有可能徹底改變我們制造幾乎所有最基本化學(xué)品的方式，如材料和燃料。

具有血管、

淋巴管微循環(huán)的腫瘤芯片

近日，哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院Yu Shrike Zhang教授課題組設(shè)計(jì)了一種同時(shí)含有一對血管和淋巴管的腫瘤器官芯片（TOC-BBL）。研究人員先通過三維同軸生物打印技術(shù)構(gòu)建出可灌注的中空血管和一端封閉的中空淋巴管，再將其整合于含有乳腺癌細(xì)胞的明膠水凝膠中，即構(gòu)成腫瘤芯片。該平臺的構(gòu)建可實(shí)現(xiàn)藥物輸送和淋巴回收的微循環(huán)，從而更好地模擬生物分子和藥物的體內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)力學(xué)。為了獲得不同的滲透性，該研究分別采用不同濃度的直鏈和支鏈的聚乙二醇（PEG）作為生物墨水的變量組分，調(diào)節(jié)血管/淋巴管的通透性參數(shù)。該項(xiàng)研究為體內(nèi)藥物的篩選提供了一個(gè)新方法。

纖維素薄膜：可降解的塑料代替品

美國普渡大學(xué)的研究人員于近日從植物的細(xì)胞壁中研究出了一種具有良好柔韌性、可降解的薄膜。該薄膜可用于食品包裝、繃帶、膠囊藥物、生物活性物質(zhì)或者農(nóng)業(yè)種植。

研究人員通過對所得的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行加工，從而得到了理想的材料。首先溶解纖維素，并添加氯化鋅，使纖維素緊密鋪展開來，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水分的滲透和溶解。然后通過添加鈣離子促使纖維素網(wǎng)格結(jié)構(gòu)之間形成致密的納米纖維，這樣一來，鈣離子對于薄膜的拉伸強(qiáng)度可以提升到原來的2.5倍，在保留了纖維素的強(qiáng)度和生物降解性的同時(shí)，保持了其透明性和活性。

與纖維素相比，塑料材料雖然有著廣泛的應(yīng)用，但是其對環(huán)境有較大的危害，因此纖維素的替代效果實(shí)際意義比較大，對于開發(fā)新的生物降解塑料提供了新的方向。

每秒4萬億幀，

用超快攝像機(jī)捕獲光的運(yùn)動(dòng)

據(jù)悉，西安交通大學(xué)陳烽教授團(tuán)隊(duì)與香港城市大學(xué)王立代博士團(tuán)隊(duì)合作，于近日提出了一種全新的壓縮超快時(shí)間光譜成像術(shù)（簡稱超快壓縮成像），在幀率、幀數(shù)和精細(xì)光譜成像等方面突破了現(xiàn)有超快成像技術(shù)的局限，成功捕獲到光子的運(yùn)動(dòng)。相關(guān)成果發(fā)表在《物理評論快報(bào)》上。

這種新型的超快成像技術(shù)是探知各種未知瞬態(tài)過程的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，如化學(xué)反應(yīng)過程中原子的運(yùn)動(dòng)、超短激光脈沖作用于材料時(shí)發(fā)生的瞬態(tài)非線性過程等。超快壓縮成像通過對飛秒激光進(jìn)行數(shù)字編碼，并在時(shí)間和光譜維度上進(jìn)行壓縮和解壓縮，從而能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)高速度、高幀數(shù)以及高光譜分辨率。超快壓縮成像的超高幀率可以達(dá)到3.85THz（1THz=1012Hz），它使長時(shí)間、寬光譜地記錄飛秒影像成為可能，將推動(dòng)更多涉及超快過程的極端物理、化學(xué)、材料和生物學(xué)的研究。

可將紅外光轉(zhuǎn)變成為可見光的新材料

近日，德國馬堡大學(xué)研究人員在《科學(xué)》期刊上發(fā)表論文稱，其開發(fā)出一種可以將近紅外光轉(zhuǎn)化為廣譜白色可見光的化合物，從而為高效廉價(jià)地產(chǎn)生可見光開辟了新途徑。

研究人員尼爾斯·威廉·羅澤曼指出，這種化合物是一種與金剛石分子結(jié)構(gòu)類似的錫硫化合物，為細(xì)小的非晶態(tài)粉末，不揮發(fā)，具有氣體穩(wěn)定性，在300℃高溫下仍保持熱穩(wěn)定性。該化合物內(nèi)核是無機(jī)納米晶體結(jié)構(gòu)，其表面為有機(jī)配體涂層。當(dāng)近紅外激光照射到這種化合物上時(shí)，其獨(dú)特結(jié)構(gòu)會通過非線性相互作用使光束波長發(fā)生改變，使光束變?yōu)榭梢姽狻Ｆ滢D(zhuǎn)換后釋放的光線類似于高溫鎢鹵素?zé)舻念伾?，具有較強(qiáng)的方向性，可適用于較高空間分辨率的顯微鏡，或者應(yīng)用于高流通量的投影系統(tǒng)。這一發(fā)現(xiàn)可能為先進(jìn)的定向照明技術(shù)開辟新途徑，特別是該系統(tǒng)材料成本較低，容易獲得，具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性。

無需針頭，通過光照即可注射藥物

為了幫助需要長期反復(fù)接受注射治療的患者減輕痛苦，來自韓國的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了可以移植到皮膚內(nèi)部的藥物儲存設(shè)備，這種設(shè)備可以在近紅外線的照射下，一個(gè)一個(gè)接連釋放藥物。雖然需要進(jìn)行一次體內(nèi)移植，但此后患者在需要注射藥物時(shí)，僅從皮膚外部進(jìn)行近紅外照射，便可在5秒鐘之內(nèi)完成藥物注射。該設(shè)備體積極小，無需電池或其他動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，非常容易移植。這一設(shè)備的核心技術(shù)是一種在近紅外線的照射下可以自動(dòng)破裂的保護(hù)膜，它由在近紅外線照射下可以發(fā)熱的石墨烯納米粒子和可以通過感應(yīng)熱量而自動(dòng)破裂的特殊高分子組成。