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微重力通过骨髓微环境嘌呤代谢影响造血干细胞分化的机制研究
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作者 刘希汝 张豪 +2 位作者 闫金笑 李想 杨慧 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期126-126,共1页
目的长期暴露在太空微重力环境下影响宇航员机体健康,包括骨质流失、免疫功能障碍以及造血功能障碍等。造血干细胞(hematopoietic stem cell)作为血液系统的祖细胞,微重力环境对其命运分化的影响仍有待阐明。本研究通过构建小鼠尾悬吊... 目的长期暴露在太空微重力环境下影响宇航员机体健康,包括骨质流失、免疫功能障碍以及造血功能障碍等。造血干细胞(hematopoietic stem cell)作为血液系统的祖细胞,微重力环境对其命运分化的影响仍有待阐明。本研究通过构建小鼠尾悬吊模拟微重力模型,结合转录组和代谢组联合分析的方法,揭示微重力影响HSCs的命运分化及其具体机制。方法采用尾悬吊后肢去负荷构建模拟微重力小鼠模型,并基于外周血组分及骨密度分析进行评估。在此模型成功建立的基础上,检测微重力对小鼠HSCs增殖和分化的影响。进一步,联合HSCs转录组和骨髓上清非靶向代谢组学分析HSCs响应微重力的分子机制。结果尾悬吊处理后,小鼠后肢骨密度显著减少,外周血中白细胞数、淋巴细胞数显著下降,红细胞数及血红蛋白数增加。对HSCs各谱系的流式分析结果显示,微重力显著增加了骨髓中HSCs的比例,并减少了淋系祖细胞和红系祖细胞的分化。与此一致,转录组分析显示微重力抑制了HSCs的造血谱系通路。进一步,代谢组分析结果表明骨髓微环境中嘌呤代谢通路被明显抑制。结论本项研究表明微重力会通过改变骨髓微环境中嘌呤代谢通路,抑制小鼠HSCs向红系和淋巴系的分化,扰乱HSCs体内平衡。 展开更多
关键词 骨髓微环境 免疫功能障碍 淋巴细胞数 造血干细胞 淋巴系 嘌呤代谢 模拟微重力 体内平衡
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微重力抑制斑马鱼抗病毒先天性免疫应答的分子机制研究
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作者 张瑜芝 陈嘉玮 +3 位作者 陈丽沙 陆龙凤 张弩 杨慧 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期454-454,共1页
目的空间微重力环境一方面导致机体免疫功能紊乱,另一方面能够使航天员体内潜伏性病毒再激活且致病力增强,这严重威胁了航天员在轨期间的工作状态及生命健康。已有研究表明,微重力导致斑马鱼抗病毒先天性免疫应答能力显著下降,但具体调... 目的空间微重力环境一方面导致机体免疫功能紊乱,另一方面能够使航天员体内潜伏性病毒再激活且致病力增强,这严重威胁了航天员在轨期间的工作状态及生命健康。已有研究表明,微重力导致斑马鱼抗病毒先天性免疫应答能力显著下降,但具体调节机制仍不清晰。因此,本研究旨在探究微重力调控斑马鱼抗病毒免疫应答的作用方式及调控网络。方法使用回转细胞培养系统(RCCS)构建地基模拟微重力条件下斑马鱼胚胎发育模型,分析微重力对其发育过程的影响,并结合分子克隆技术明确多个基因的表达变化情况。随后,借助鲤春病毒血症病毒(SVCV)感染,揭示微重力抑制机体抗病毒免疫应答的调控机制。结果在微重力条件下,斑马鱼胚胎发育的存活率、畸形率等生理指标均发生显著变化,但不具有时间依赖性。此外,微重力显著增强了斑马鱼CD82基因和ppdpf基因上调表达。体外实验表明,过表达CD82基因和ppdpf基因能抑制机体SVCV诱导的IFN表达,并使病毒滴度增加。而敲降上述基因后,poly(I:C)和SVCV诱导的IFN表达则显著上升。结论微重力影响了斑马鱼早期胚胎发育过程,并通过上调CD82和ppdpf基因表达抑制机体IFN介导的抗病毒免疫应答过程。相关研究为微重力环境下机体免疫功能紊乱的作用机制奠定基础。 展开更多
关键词 免疫应答过程 微重力 分子克隆技术 抗病毒免疫 斑马鱼 畸形率 先天性免疫应答 时间依赖性
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基于视频流和卷积注意力机制的下肢关键肌群活动计算技术研究
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作者 冯艳茹 梁雯琦 +1 位作者 乔勇宇 杨鹏飞 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期658-658,共1页
目的关键肌群的活动状态是理解人体运动学和动力学规律的关键环节。然而,通用的肌电测量技术需要贴附电极采集数据,存在易用性低和应用场景受限等问题。本研究旨在利用非接触采集的人体运动视频,构建基于关键点提取和回归计算的两阶段模... 目的关键肌群的活动状态是理解人体运动学和动力学规律的关键环节。然而,通用的肌电测量技术需要贴附电极采集数据,存在易用性低和应用场景受限等问题。本研究旨在利用非接触采集的人体运动视频,构建基于关键点提取和回归计算的两阶段模型,估计步态中下肢关键肌群的活动状态,实现从记录的人体运动的视频数据到肌电信号的精确映射。方法本研究征集7名健康成人作为受试者,以自选速度在跑步机上行走,同步采集矢状面视频信息及股直肌、股二头肌、胫骨前肌、比目鱼肌以及内外侧腓肠肌肌电数据。建立两阶段模型估计肌肉活动:构建人体姿态识别算法从视频流提取人体2D关节点的位置特征,基于低置信度线性插值提升估计精度;构建基于时空注意力机制的卷积神经网络模型,利用关节点位置特征作为输入计算步态中的肌电信号。结果基于本研究所提出的两阶段模型,计算得到的肌肉活动与肌电测量数据强相关,平均皮尔逊相关系数为0.73。结论本研究所提出的基于视频流的两阶段下肢肌肉活动计算方法能够准确计算下肢肌电包络,为实现非接触式获取运动过程中关键肌群活动提供了新的途径。 展开更多
关键词 注意力机制 肌电信号 肌群 下肢肌 计算技术 皮尔逊相关系数 两阶段模型 肌肉活动
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年龄及力学环境对骨折愈合组织胶原纤维形成及矿化的影响研究
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作者 刘发 任晨曦 +2 位作者 张舒杨 胡艺伟 杨鹏飞 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期260-260,共1页
目的增龄影响骨折的愈合能力以及愈合进程对力学环境的响应。承重骨骨折后,通常采用机械制动的干预措施促进愈合。然而,骨痂愈合组织内新骨的形成和矿化如何响应增龄及制动力学环境的过程和机制尚不清楚。方法本研究构建了幼龄(5周龄)... 目的增龄影响骨折的愈合能力以及愈合进程对力学环境的响应。承重骨骨折后,通常采用机械制动的干预措施促进愈合。然而,骨痂愈合组织内新骨的形成和矿化如何响应增龄及制动力学环境的过程和机制尚不清楚。方法本研究构建了幼龄(5周龄)和老龄(17月龄)的小鼠胫骨骨折愈合模型,两个年龄小鼠分为正常负重愈合组和后肢尾悬吊去负荷制动组,骨折愈合21 d后收集骨痂组织。利用三点弯曲、微观和纳观纳米压痕测试检测骨痂组织的多尺度力学性能。利用背散射扫描电子成像、micro-CT、拉曼光谱、原子力显微镜分析骨痂组织的多尺度结构及组成成分。结果与幼龄鼠相比,增龄导致老龄鼠骨折愈合延迟,愈合组织微观结构重塑受损、矿化程度和力学性能降低。制动促进了老龄鼠骨折愈合,老龄鼠矿化骨痂晶体长度增加48%,矿物基质比增加42%。与之相反,制动导致幼龄鼠骨折愈合组织矿化能力变差,胶原纤维排布紊乱(P<0.001),矿物颗粒晶体长度和矿物基质比减少(32%和36%)。制动组幼龄鼠骨痂处矿化胶原纤维排布散乱,而制动组老龄鼠中矿化胶原纤维则是有序的。结论制动对幼龄和老龄鼠骨痂内胶原纤维形成和矿化的影响相反。骨折愈合进程中,老龄鼠比幼龄鼠对稳定的力学环境更为依赖。 展开更多
关键词 胫骨骨折 骨折愈合 力学环境 愈合组织 矿化程度 电子成像 胶原纤维 多尺度结构
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缓步动物生物学研究及其对生物医学的启示
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作者 王瑞晨 孙乐明 杨慧 《生物学教学》 北大核心 2024年第11期10-14,共5页
缓步动物是一类具有隐生能力的真核生物,其独特的抗逆能力(耐极寒、耐高温、抗辐射、耐高压)以及能可逆地进行脱水及水化的特点使之成为多个领域的重要研究对象。本文综述了缓步动物强耐受能力生物学机制的主要研究进展,总结了基于缓步... 缓步动物是一类具有隐生能力的真核生物,其独特的抗逆能力(耐极寒、耐高温、抗辐射、耐高压)以及能可逆地进行脱水及水化的特点使之成为多个领域的重要研究对象。本文综述了缓步动物强耐受能力生物学机制的主要研究进展,总结了基于缓步动物抗逆特性的生物医学研究与仿生应用研究,讨论了其在极端环境生物医学领域中的启示意义。 展开更多
关键词 水熊 缓步动物 隐生 极端环境 生物医学
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肥胖对骨髓龛基质刚度的影响及其调控造血干细胞命运的研究
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作者 闫金笑 李想 +2 位作者 刘希汝 崔宁 杨慧 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期681-681,共1页
目的肥胖是一种全身性的代谢疾病,会导致造血干细胞(Hematopoietic stem cells,HSCs)的异常分化。HSCs主要存在于骨髓龛中,其命运受骨髓龛中各种理化因素的精确调控。近年来,针对肥胖如何通过骨髓龛调控HSCs的研究主要集中在生化因素上... 目的肥胖是一种全身性的代谢疾病,会导致造血干细胞(Hematopoietic stem cells,HSCs)的异常分化。HSCs主要存在于骨髓龛中,其命运受骨髓龛中各种理化因素的精确调控。近年来,针对肥胖如何通过骨髓龛调控HSCs的研究主要集中在生化因素上,而对于骨髓物理性质如何调控HSCs的命运尚缺乏深入的探索。因此,本研究旨在探讨肥胖对骨髓基质刚度的影响,并揭示其调控HSCs命运的机制。方法采用60%脂肪含量(D12492)的高脂饲料(High fat diet,HFD)喂养C57BL/6J小鼠构建肥胖动物模型。HFD组体重超对照组20%后,使用原子力显微镜测定小鼠骨髓弹性模量,流式细胞术检测HSCs及其亚群比例和造血祖细胞比例的变化,集落实验测定HSCs的分化阶段,以及利用转录组测序分析HSCs命运转变的潜在生物学机制。结果HFD组骨髓组织600个点位的测量结果显示骨髓平均弹性模量由9.07 k Pa降低为7.04 k Pa。HFD组长期造血干细胞比例显著降低,多能干细胞比例显著增加,髓系祖细胞比例增加,淋巴系祖细胞比例降低。转录组测序结果显示Rho A和Rac1等细胞力学信号转导相关基因表达量上升。结论本研究表明,肥胖显著降低了骨髓基质刚度,引起HSCs偏向髓系分化,其生物学机制可能为基质刚度变化激活了HSCs的Rho A和Rac1基因的表达。因此骨髓基质刚度可能为肥胖影响HSCs命运的潜在因素。 展开更多
关键词 造血干细胞 C57BL/6J小鼠 造血祖细胞 RAC1 髓系 生物学机制 代谢疾病 多能干细胞
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冲击波导致颅脑损伤神经炎症的作用机制研究
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作者 张弩 王思洁 +3 位作者 徐大森 周一丹 张瑜芝 杨慧 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期231-231,共1页
目的冲击性颅脑损伤(blast traumatic brain injury)通常伴随持续性的神经炎症反应,引起神经退行性病变,但相关调控机制尚不完善。本文通过探究冲击性脑损伤神经炎症的响应规律,明确其中的关键调控因素,为冲击性脑损伤的防治提供新思路... 目的冲击性颅脑损伤(blast traumatic brain injury)通常伴随持续性的神经炎症反应,引起神经退行性病变,但相关调控机制尚不完善。本文通过探究冲击性脑损伤神经炎症的响应规律,明确其中的关键调控因素,为冲击性脑损伤的防治提供新思路。方法在体层面,通过生物激波管构建小鼠冲击性脑损伤模型,从病理、行为等多维度探究神经炎症的响应规律,借助多组学联合分析技术明确影响神经炎症进程的关键肠道微生物或代谢物。体外层面,使用水锤理论模型结合霍普金森杆技术,设计并搭建细胞动态压缩冲击载荷加载平台,对小鼠原代小胶质细胞开展加载实验,使用ELISA等方法分析小胶质细胞在加载动态压缩冲击载荷后的响应规律。结果在体层面,对小鼠开展160 k Pa冲击波加载后,小鼠脑部神经炎症水平上升,并表现出明显的焦虑行为,而相同处理的伪无菌小鼠神经炎症水平和焦虑行为显著降低。进一步分析发现肠道菌群Lactobacillus及代谢物20-HETE与神经炎症的变化密切相关。体外层面,对小鼠原代小胶质细胞加载动态压缩冲击载荷后,细胞表现出显著的应激和炎症应答状态。结论冲击波能通过改变肠道微生物间接影响神经炎症进程,也可以直接作用于小胶质细胞引发神经炎症反应。该结果为深入理解冲击性脑损伤的调控机制奠定基础。 展开更多
关键词 神经炎症 颅脑损伤 神经退行性病变 小胶质细胞 肠道微生物 无菌小鼠 霍普金森杆 代谢物
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骨多尺度断裂增韧机制的增龄性变化研究
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作者 胡艺伟 陆冬亮 +1 位作者 刘发 杨鹏飞 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期333-333,共1页
目的骨黏合线、骨单元、间质骨组成的“砖泥结构”,在抑制骨折裂纹扩展过程中发挥重要的力学功能。增龄会导致骨黏合线、骨单元、间质骨的组分、结构和力学行为改变,进而影响骨吸收能量、抵抗断裂的能力。老龄骨通常会表现出宏观脆性,... 目的骨黏合线、骨单元、间质骨组成的“砖泥结构”,在抑制骨折裂纹扩展过程中发挥重要的力学功能。增龄会导致骨黏合线、骨单元、间质骨的组分、结构和力学行为改变,进而影响骨吸收能量、抵抗断裂的能力。老龄骨通常会表现出宏观脆性,骨折风险增加。然而,骨微观尺度结构/力学性能的增龄性变化与宏观骨折断裂的关系尚不明确。方法本研究取12月龄(幼龄)、30月龄(成年)绵羊股骨中段制样,利用电子探针、拉曼光谱、micro-CT、连续成像、纳米压痕等分析骨黏合线、骨单元和间质骨的组分、结构和力学行为,及其随年龄的变化规律;制备8 mm×1 mm×1.5 mm单边缺口三点弯试样测试Ⅰ型断裂韧性,研究骨特征结构的增龄性变化影响骨微观断裂行为的机理,量化骨宏、微观断裂行为的相关性。结果初步研究表明,幼龄、成年、老龄微观尺度增韧机制不同,与骨微观结构的增龄性变化密切相关;老龄骨压缩强度及模量较成年减小,但仍具有良好的塑性。结论骨微观结构的增龄性变化赋予骨不同尺度下各异的增韧机制,维持不同年龄段骨较好的韧性。下一步研究拟结合骨多尺度力学异质性,探讨骨宏、微观断裂行为之间的联系,揭示老龄骨折风险增加现象的机制。 展开更多
关键词 股骨中段 骨折风险 增龄性变化 骨单元 微观尺度 吸收能量 增韧机制 裂纹扩展过程
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增龄对皮质骨微观尺度断裂增韧机制的影响研究
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作者 陆冬亮 胡艺伟 +1 位作者 刘发 杨鹏飞 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期645-645,共1页
目的骨的多层级结构赋予其优异的抗断裂强度和韧性。然而,增龄过程中骨层级结构的变化对其微观尺度性能的影响规律仍不清楚。本研究旨在理解年龄的增加改变骨微观结构和断裂力学性能的规律和机制。方法本研究取幼龄、成年和老龄小鼠股... 目的骨的多层级结构赋予其优异的抗断裂强度和韧性。然而,增龄过程中骨层级结构的变化对其微观尺度性能的影响规律仍不清楚。本研究旨在理解年龄的增加改变骨微观结构和断裂力学性能的规律和机制。方法本研究取幼龄、成年和老龄小鼠股骨皮质骨制备直径5μm的微柱样品,并进行压缩测试;利用扫描电镜、透射电镜等分析骨样品微观结构及压缩破坏机制。结果透射电镜结果显示,微柱内存在有序的胶原纤维排列区(即有序区)和紊乱纤维排布区(即无序区)。不同的纤维排布模式对应不同的破坏模式,主要包括剪切破坏和劈裂破坏。剪切破坏时,幼龄组无序区占比较大,剪切面直接穿过无序区;成年组无序区与有序区具有相间排布规律,裂纹集中在有序/无序区交界处。劈裂破坏时,幼龄组有序区呈现一定程度松散,常表现为多点劈裂失效;成年和老龄组有序区则呈现紧凑连续的纤维结构,裂纹沿纤维面扩展。无论剪切破坏还是劈裂破坏,成年骨微柱屈服后行为均表现出较大应变硬化。结论增龄通过改变骨微观结构特征影响骨的破坏模式及增韧机制;成年组在微观尺度始终表现出优异的压缩性能和增韧过程。 展开更多
关键词 老龄小鼠 微观尺度 皮质骨 纤维结构 增韧机制 应变硬化 微柱 多层级结构
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胶原纤维在跟腱损伤后异位骨化中的作用机制研究
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作者 任晨曦 刘发 +1 位作者 胡艺伟 杨鹏飞 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期333-333,共1页
目的异位骨化是指在非骨骼组织中出现病理性骨组织的过程。在跟腱异位骨化过程中,跟腱胶原纤维是矿物质沉积的框架,胶原纤维的结构和排布决定了矿物质的异位沉积,然而胶原纤维在跟腱异位骨化过程中的作用机制尚不清楚。本研究的目的是... 目的异位骨化是指在非骨骼组织中出现病理性骨组织的过程。在跟腱异位骨化过程中,跟腱胶原纤维是矿物质沉积的框架,胶原纤维的结构和排布决定了矿物质的异位沉积,然而胶原纤维在跟腱异位骨化过程中的作用机制尚不清楚。本研究的目的是揭示跟腱组织内胶原纤维在矿物质异常沉积中的作用。方法本研究构建了大鼠跟腱断裂诱发异位骨化的模型,在跟腱断裂5周后,利用PSR染色,免疫组织化学双标记,拉曼光谱、场发射扫描电镜检测跟腱切断组织内胶原纤维特性;利用拉曼光谱、场发射扫描电镜、Micro-CT和H&E切片染色检测组织内的矿物质沉积规律。利用AFM、纳米压痕等检测异位骨化组织的多尺度力学性能。初步研究表明,胶原纤维结构排布与羟基磷灰石的异常沉积关系密切。下一步研究拟探讨跟腱组织损伤是否通过改变胶原纤维类型,排布结构和电荷等调控矿化过程,进而诱导异位骨的形成。明确胶原纤维结构在诱发异位骨化过程中的作用,将为揭示异位骨化的深层机制及防治策略提供思路。 展开更多
关键词 异位骨化 跟腱断裂 切片染色 胶原纤维 跟腱损伤 免疫组织化学 组织损伤 双标记
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增龄过程中骨的多层级结构及多尺度力学行为
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作者 杨鹏飞 刘发 +1 位作者 胡艺伟 陆冬亮 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期15-15,共1页
目的骨的组成成分及多层级结构赋予其优异的力学性能。增龄改变骨的力学响应,以及骨的生理和病理进程。团队系列研究的目的是理解不同龄骨材料/多层级结构/多尺度力学的异同,揭示骨断裂力学行为的差异,以及去负荷制动对不同龄骨折愈合... 目的骨的组成成分及多层级结构赋予其优异的力学性能。增龄改变骨的力学响应,以及骨的生理和病理进程。团队系列研究的目的是理解不同龄骨材料/多层级结构/多尺度力学的异同,揭示骨断裂力学行为的差异,以及去负荷制动对不同龄骨折愈合新骨形成的影响规律。方法(1)制备幼龄、成年和老龄小鼠皮质骨微柱试样,压缩测试结合透射电镜研究其微观力学性能、断裂模式及增韧机制。(2)构建幼龄和老龄鼠骨折愈合模型,分别正常负重和去负荷制动愈合,研究骨痂组织的多尺度力学性能,分析其组成成分及多层级结构。结果(1)幼龄和成年骨断裂时主要为剪切破坏,而老龄骨为劈裂破坏,断裂模式的差异与骨矿化胶原纤维排布密切相关。幼龄骨在剪切破坏时表现出高韧性,得益于纤维桥接,而老龄骨在劈裂破坏时表现出高韧性,得益于纤维屈曲和裂纹偏转。(2)增龄致老龄骨折愈合延迟,而制动促进了老龄骨折愈合,老龄骨痂胶原纤维排布有序,矿化骨痂晶体长度增加48%。相反,制动致幼龄骨折愈合组织胶原纤维排布紊乱,矿物颗粒晶体长度和矿物基质比减少。结论增龄影响骨的微观结构,调节骨的增韧机制。骨折愈合进程中,老龄鼠比幼龄鼠更依赖制动带来的稳定力学环境。 展开更多
关键词 新骨形成 老龄小鼠 骨折愈合 多层级结构 胶原纤维 病理进程 断裂模式 骨痂
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黄连素通过肠道菌群介导的胆汁酸合成缓解低压低氧诱导的肠道损伤
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作者 张豪 刘希汝 +2 位作者 冶鹏辉 豆媛媛 杨慧 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期455-455,共1页
目的肠道黏膜损伤是高海拔地区移居人群的常见疾病,会促进机体的慢性炎症和细菌移位,从而增加高原危重性疾病的发生风险。黄连素作为预防和治疗肠道感染的常见药物,但其在高原环境下的保护作用却未见报道。本研究通过模拟高原低压低氧环... 目的肠道黏膜损伤是高海拔地区移居人群的常见疾病,会促进机体的慢性炎症和细菌移位,从而增加高原危重性疾病的发生风险。黄连素作为预防和治疗肠道感染的常见药物,但其在高原环境下的保护作用却未见报道。本研究通过模拟高原低压低氧环境,探究黄连素(BER)对肠道损伤的保护作用及其潜在机制。方法通过低压低氧仓模拟海拔5000 m的高原环境,建立小鼠肠道损伤模型,期间持续灌胃BER,以评估BER对肠道损伤和免疫微环境的改善情况。基于肠道菌群耗竭和粪菌移植技术证明肠道菌群的重要性,进一步结合16S r RNA测序和代谢组学联合分析,确定BER改善肠道损伤的关键代谢通路并进行验证。结果补充BER能够显著减少低压低氧诱导的肠绒毛萎缩和肠上皮细胞的凋亡,增强肠道屏障完整性,降低炎症水平。具体来说,BER通过改变肠道微生物群的结构显著降低了脱氧胆酸(肠道损伤的促进因子)的水平,并恢复了FXR-FGF19负反馈信号轴,从而影响了胆汁酸的生物合成过程,减少肠道固有层中RORγt+T细胞的比例,抑制Th17细胞的活化和炎症因子IL-17A的释放,改善肠道免疫微环境,从而缓解肠道损伤。结论BER依赖于肠道菌群改善胆汁酸生物合成途径和肠道免疫稳态缓解低压低氧引起的肠道损伤。本研究将为高原人群肠道黏膜损伤的预防和治疗提供理论依据。 展开更多
关键词 低压低氧 粪菌移植 肠道损伤 肠道菌群 高原环境 黄连素 代谢组学 脱氧胆酸
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血管力学性能对动脉粥样硬化斑块中巨噬细胞炎症表型的影响
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作者 周一丹 畅拙 +5 位作者 彭瑞宁 陈丽沙 蔡琴 张弩 徐光魁 杨慧 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期297-297,共1页
目的动脉粥样硬化是一种慢性炎症的心血管疾病,病变斑块部位巨噬细胞的炎症表型对病情发展至关重要。已有研究表明,细胞外力学微环境的改变能引起巨噬细胞炎症表型变化,而动脉粥样硬化过程中血管力学特性的变化对斑块部位巨噬细胞炎症... 目的动脉粥样硬化是一种慢性炎症的心血管疾病,病变斑块部位巨噬细胞的炎症表型对病情发展至关重要。已有研究表明,细胞外力学微环境的改变能引起巨噬细胞炎症表型变化,而动脉粥样硬化过程中血管力学特性的变化对斑块部位巨噬细胞炎症表型的影响尚不清楚。因此,本研究旨在揭示血管力学特性对巨噬细胞炎症转换的影响,进而改变影响斑块。方法使用Apo E-/小鼠构建动脉粥样硬化疾病模型,通过病理切片和免疫荧光染色分析了动脉粥样硬化斑块部位巨噬细胞的分布及炎症分型。采用AFM检测动脉粥样硬化斑块的生物力学特性,结合分子生物学技术探。结果(1)斑块内巨噬细胞炎症表型与动脉粥样硬化斑块的炎症状态趋势保持一致;(2)斑块不同区域的弹性模量具有显著差异:E(fibrosis cap)=13.3±1.86 k Pa,E(lipid rich area)=6.56±4.50 k Pa,E(cellular fibrosis of lipid area)=11.43±6.63 k Pa。(3)巨噬细胞集中分布在纤维帽区域,且M1型巨噬细胞的占比要高于M2型巨噬细胞。结论动脉粥样硬化过程中,巨噬细胞的分布与斑块力学特性密切相关,且随着血管刚度的增加,细胞趋向分化为促炎型巨噬细胞。表明在动脉粥样硬化中,斑块力学特性会影响巨噬细胞的分型,从而促进炎症的发生,为动脉粥样硬化的生物力学研究奠定基础。 展开更多
关键词 血管力学 动脉粥样硬化 巨噬细胞 炎症状态 心血管疾病 生物力学特性 病理切片 慢性炎症
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基于卷积注意力机制和小样本惯性传感单元数据的下肢肌肉活动计算方法
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作者 梁雯琦 H.M.Rehan Afzal +4 位作者 乔勇宇 樊澳 王凡杰 胡艺伟 杨鹏飞 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期657-657,共1页
目的肌肉活动通常可以通过肌电图直接测量或肌骨模型计算得到。然而,该类方法对于非技术用户或在非实验室场景下使用较为不便。基于惯性传感单元数据的深度学习模型为肌肉活动计算提供了更为简单易用的解决方案。然而大规模训练数据的... 目的肌肉活动通常可以通过肌电图直接测量或肌骨模型计算得到。然而,该类方法对于非技术用户或在非实验室场景下使用较为不便。基于惯性传感单元数据的深度学习模型为肌肉活动计算提供了更为简单易用的解决方案。然而大规模训练数据的获取困难限制了深度学习模型的计算效能。本研究旨在构建基于小样本惯性传感单元数据的新型深度学习模型,计算步态过程中的下肢肌肉活动。为了进一步提升所构建深度学习模型的估计精度,本研究开发了一种基于模型的新型数据扩充方法。方法基于7名受试者的小样本数据集,构建了两阶段下肢肌肉活动的计算方法。基于时间卷积网络构建了Muscle GAN模型,用于数据扩充。此外,基于卷积注意力机制构建了混合深度学习模型,用于步态过程中的下肢肌肉活动计算。结果多种步速下,所提出的两阶段下肢肌肉活动计算结果和肌电测量数据之间具有高相关性。下肢肌肉活动的平均皮尔逊相关系数和归一化均方根误差分别为0.72和0.13。与原始数据集相比,基于Muscle GAN的扩充数据集有效提升了下肢肌肉活动的计算精度。结论基于惯性传感单元的小样本数据集,本研究所提出的两阶段下肢肌肉活动计算方法能准确计算下肢肌电包络,可为多场景下肢肌肉活动的精确计算提供新思路。 展开更多
关键词 下肢肌肉 注意力机制 皮尔逊相关系数 肌肉活动 小样本数据 卷积网络 步态 肌电图
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