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生物谷推荐:九月必看的重量级研究Top10!

来源:100医疗网原创2022-09-29 14:58

转眼间,九月就要结束了。这个月的调研有哪些值得我们深入研究的亮点?边肖根据本月新闻的类型、知名度和研究领域,评选出了本月重量级研究的前10名,和大家一起学习!

转眼间,九月就要结束了。这个月的调研有哪些值得我们深入研究的亮点?边肖根据本月新闻的类型、知名度和研究领域,评选出了本月重量级研究的前10名,和大家一起学习!

[1] SCIREP:糖尿病治疗的新突破!科学家有望研发出口服胰岛素片!

doi:10.1038/s41598-022-13092-6

具有高负载量的胰岛素纳米颗粒(NPs)在不同剂型中有许多应用。最近,发表在国际杂志《科学报告》上的一篇文章题为“通过喷雾干燥和冷冻干燥技术生产适合口服给药的高负荷胰岛素纳米颗粒”。在研究报告中,来自不列颠哥伦比亚大学等机构的科学家开发了一种口服胰岛素片剂,代替每日胰岛素注射,这可能会改变糖尿病患者的治疗方法。

糖尿病治疗的新突破!科学家们有望开发出可以口服的胰岛素片剂。

图片来源:科学报告,DOI : 10.1038/s 41598-022-13092-6

研究人员发现,最新版本的口服胰岛素片被老鼠吸收的方式与胰岛素注射相同。这些令人兴奋的结果表明,研究人员可能有望开发出一种不需要在每餐前注射的胰岛素配方,这可能会改善患者的生活质量和心理健康。目前,全球1型糖尿病患者超过900万人。研究人员阿努巴夫普拉塔普-辛格(Anubhav Pratap-Singh)表示,发现非注射式胰岛素的灵感来自于他患有糖尿病的父亲,他在过去15年里每天注射3-4次胰岛素。

根据研究人员的说法,这种新型片剂中几乎100%的胰岛素将直接进入肝脏。在之前尝试摄入胰岛素的过程中,大部分的胰岛素会在胃中积累;在这篇论文中,研究人员发现,即使经过两个小时的运输,他们也没有在大鼠的胃中发现任何胰岛素,而这些胰岛素位于肝脏中,而这正是胰岛素的理想靶点,真正达到了科学家想要看到的结果。

[2]细胞:新研究成功构建了由100多种细菌物种组成的人工合成肠道微生物组,有望发展微生物组疗法治疗一系列疾病。

doi:10.1016/j . cell 2022 . 08 . 003

过去十年的关键研究表明,肠道微生物组(生活在人类消化系统中的数百种细菌的集合)影响神经发育、对癌症免疫治疗的反应和健康的其他方面。但这些群体是复杂的,如果没有系统的方法来研究它们的成分,与某些疾病相关的确切细胞和分子将仍然是一个谜。

在一项新的研究中,来自美国斯坦福大学的研究人员建立了最复杂、定义最明确的合成微生物组,构建了由100多个细菌物种组成的细菌群落,并成功移植到小鼠体内。添加、删除和编辑单个细菌物种的能力将使科学家能够更好地理解微生物组和健康之间的联系,并最终开发出一流的微生物组疗法。相关研究成果于2022年9月6日在线发表在《细胞杂志》上。

许多关键的微生物组研究是通过粪便移植完成的,粪便移植将整个天然肠道微生物组从一种生物引入另一种生物。虽然科学家经常沉默一个基因,或者从特定的细胞甚至整个老鼠身上移除一种蛋白质,但是没有这样一套工具来移除或修改特定粪便样本中的数百种物种。研究人员迈克尔菲施巴赫(Michael Fischbach)表示,如果不是有能力分阶段操纵复杂的生物系统,我们不会对生物学了解这么多。Fischbach和其他人看到了一个解决方案:通过单独生长,然后混合其成分的细菌,从零开始建立一个微生物组。

【3】Natgenet:科学家发现人体的遗传背景与更积极的生活方式和体育锻炼有关。

doi:10.1038/s41588-022-01165-1

虽然身体活动和久坐行为是适度遗传的,但研究人员并不清楚这些特征背后的机制。最近,在国际杂志《自然遗传学》上发表了一篇题为“身体活动和性行为的全基因组关联分析师提供了对潜在机制的见解”的文章。在疾病预防中的作用的研究报告中,来自伊坎医学院和西奈山其他机构的科学家通过研究确定了与身体锻炼或休眠屏幕时间有关的特殊DNA区域。相关研究结果证实了体育锻炼有益于身体健康,也表明更多的久坐不动的生活方式可能是由肌肉对体育锻炼的反应来解释的。

众所周知,体育锻炼

生活方式和较少的坐着的时间或与机体更好的健康相关,然而,随着时间的推移,高收入国家的人们会变得越来越不活跃(越来越不运动),从双胞胎和家族研究中也能发现,遗传因素会影响机体体育锻炼的水平,但为何有些人要比其他人更喜欢运动,其背后的生物学机制,研究人员目前并不清楚。为了改善研究人员对影响机体体育锻炼及其在疾病预防中所扮演角色的理解,这项研究中,研究人员结合了来自51项研究中涉及超过70万名个体的遗传学数据,通过分析后,他们识别出了99个DNA区域或与人们报告的花费多长时间进行中等至剧烈体育锻炼或在闲暇时间观看屏幕有关。

研究者Ruth Loos指出,我们都知道,人们倾向于多报告其在体育锻炼上所花费的时间,但研究人员识别出的大约一半的DNA区域都显示出了与体育锻炼较强的关联性,这些体育锻炼水平是人们在日常生活中利用所佩戴的设备所测量的,这一研究进展或许增加了科学家们研究结果的可信度。接下来,研究人员利用DNA突变体作为工具变量进行研究后表明,较少的屏幕时间或会降低机体患肥胖的风险,较少的屏幕时间和更多时间进行中度至剧烈强度的体育锻炼或许能保护机体抵御糖尿病、注意力缺陷多动症、抑郁症和过早死亡。

【4】Nat Biotechnol:新研究成功利用1毫升血液诊断癌症,精确度高达92%

doi:10.1038/s41587-022-01447-3

血液测试---简单、无创和经济上可行---有望成为癌症诊断的下一个重要里程碑。然而,大多数这些称为液体活检的测试方法,目前还不够可靠,无法广泛使用。在一项新的研究中,来自以色列魏茨曼科学研究所开发的一种新的多参数方法可能会导致一种血液测试,它将以前所未有的准确性诊断癌症。相关研究结果于2022年9月8日在线发表在Nature Biotechnology刊上。

细胞游离的核小体(cfNucleosome)样品体外制备系统。

图片来源:Nature Biotechnology, 2022, doi:10.1038/s41587-022-01447-3。

研究者Efrat Shema博士解释说, 目前临床上用于检测和诊断癌症的许多传统方法都是侵入性的,令人不快的。 通过针头、内窥镜或手术获取活检样本可能是痛苦的,有时甚至是有风险的,而成像方法,如核磁共振(MRI)或正电子发射断层扫描(PET),需要昂贵的、笨重的设备,而这些设备并不普遍可用。用于癌症筛查或诊断的有效血液测试可能提供一种有吸引力的替代方案。研究者Vadim Fedyuk说道, 消除不适感意味着人们不太可能避免接受测试,而且更有可能更早地发现他们的癌症。 利用液体活检诊断癌症的想法源于这样一个事实,即血液中含有自由漂浮的DNA和蛋白,这些DNA和蛋白是由健康人的死亡血细胞和癌症患者的死亡肿瘤细胞脱落的。Shema说, 一些细胞破坏的副产物,包括癌症的DNA和蛋白,被释放在血液中,而我们知道如何收集和分析它们。

一些针对癌症的血液测试已处于高级开发阶段,但大多数具有可能限制其使用的缺点。当第一批此类测试被开发出来时,它们寻找的是癌症的基因迹象,即突变,但这可能很难确定,因为突变的片段只占自由漂浮的DNA的一小部分。此外,这些突变并不总是导致癌症,也可能存在于健康人身上。近期,液体活检方法已经开始依靠表观遗传学---比如附着在DNA分子上的化学标签---来改变基因表达。这些方法也遇到了麻烦,要么是因为它们需要过多的血液,要么是因为它们寻找单一的表观遗传学变化,不能产生足够可靠的结果。

【5】Science子刊:重磅!科学家开发出在恒河猴机体中能表现出巨大潜力的HIV疫苗!

doi:10.1126/scitranslmed.abo5598

成功的HIV-1疫苗需要诱导多克隆中和性抗体(nAb)反应,然而在灵长类动物中通过疫苗来诱导这种反应对于科学家们而言仍然是一大挑战。近日,一篇发表在国际杂志Science Translational Medicine上题为 Stabilized HIV-1 envelope immunization induces neutralizing antibodies to the CD4bs and protects macaques against mucosal infection 的研究报告中,来自杜克大学医学中心等机构的科学家们通过研究开发了一种有望在恒河猴中展现出巨大希望的HIV疫苗,文章中,研究者描述了他们开发这种新型疫苗的过程以及其如何在恒河猴体内发挥作用。

随着新冠疫情的流行和进展,有些人注意到,尽管COVID-19的疫苗被迅速开发出来了,但目前仍然并没有有效的疫苗治疗HIV,这或许是因为HIV-1进化的速度要比SARS-CoV-2快得多,但这并不意味着医学科学家们已经放弃了,目前来自全球的多个研究团队仍然在进行这项研究工作,这篇研究报告中,研究人员采取了多管齐下的方式来开发针对HIV的新型疫苗。

研究者表示,可能性的HIV疫苗往往侧重于让机体产生抗体来结合特定的病毒部位,一般而言,这主要涉及到了开发疫苗来刺激产生抗体吸附到病毒的刺突蛋白位点,从而预防病毒吸附并感染既定的细胞,这种方法的问题在于,HIV会改变刺突蛋白的速度非常快,这意味着一个成功的HIV疫苗将需要靶向作用能覆盖广谱蛋白质的多种中和性抗体。

【6】Science:揭示肠道微生物在人类肠道环境中与人类共同进化了数十万年

doi:10.1126/science.abm7759

人类的肠道微生物组由数千种不同的细菌和古细菌(archaea)组成,这些细菌和古细菌在不同的人群和个体之间有很大的差异。在一项新的研究中,来自德国马克斯-普朗克生物研究所的研究人员如今发现了与人类宿主有着平行进化历史的肠道微生物:这些肠道微生物在人类肠道环境中与人类共同进化了数十万年。此外,一些肠道微生物表现出的基因组特征和功能特征使得它们依赖于其宿主。这些研究结果是根据来自非洲、亚洲和欧洲的1225人的数据获得的。相关研究结果发表在2022年9月16日的Science期刊上。

人类肠道中的许多微生物物种可以在世界各地的人群中找到。然而,就一种微生物物种中,不同个体和人群的微生物菌株有很大的不同。尽管它们对人类健康很重要,但迄今为止对这些菌株的来源知之甚少。此外,这些菌株中的大多数几乎只生活在人类的肠道中。这就提出了一个问题:人类肠道中的微生物来自哪里。这些作者推测,随着人类在全球的多样化和扩散,特定的微生物物种和菌株一直伴随着人类。为了测试微生物是否与它们的人类宿主同时进化和多样化,他们首次系统地比较了人类和肠道微生物的进化史。

这些作者为1225名人类研究参与者以及在他们的肠道内发现的59种微生物创建了系统发育树,并使用统计测试来研究这些系统发育树的匹配程度。超过60%的被调查微生物物种与它们的人类宿主的进化史相匹配,这意味着当人类横跨各大洲的时候,这些微生物在人类肠道中与人类一起共同多样化了大约10万年。论文通讯作者、马克斯-普朗克生物学研究所微生物组科学系主任Ruth Ley说, 我们不知道我们的任何肠道微生物如此紧密地跟随我们的进化史。

【7】Science:新发现!揭示饥饿的癌细胞转换食物来源得以生长的分子机制!

doi:10.1126/science.abn5637

哺乳动物能通过巨胞饮和溶酶体分解胞外蛋白来产生氨基酸,而癌细胞正可以利用这一点来在营养不良的肿瘤中生长,癌细胞经常会在低营养水平的环境中生长,同时其也能通过将其代谢模式转化成利用蛋白质来作为替代食物的方式应对这一挑战,近日,一篇发表在国际杂志Science上题为 Lysosomal enzyme trafficking factor LYSET enables nutritional usage of extracellular proteins 的研究报告中,来自德国癌症研究中心等机构的科学家们通过研究,在遗传筛选的基础上,识别出了名为LYSET的蛋白或许能作为一种特殊通路的一部分,从而允许癌细胞进行上述转换。

揭示饥饿的癌细胞转换食物来源得以生长的分子机制。

图片来源:Science (2022). DOI: 10.1126/science.abn5637

氨基酸是蛋白质的基本组件以及细胞生长和增殖所必需的关键营养物质,理解细胞如何在不同环境中利用氨基酸是基础生物学和癌症研究的一个核心问题。肿瘤组织通常有着非常有限的血液供应,而且为了在这种条件下生长,癌细胞就需要转换其代谢活性,尤其是,其能从吸收血管运输的养分转换到利用替代营养物质,比如,当面临饥饿时,癌细胞就会分解周围的蛋白质来作为食物来源,然而,促使癌细胞发生这种转变的分子机制在很大程度上仍然难以捉摸。

为了更好地理解支持癌症营养转换背后的分子机制,研究人员通过联合研究,他们在严格受控的营养条件下建立了相关研究,从而来模拟氨基酸的饥饿状况,因为这种现象在很多肿瘤中都会发生,随后他们利用基因剪刀CRISPR-Cas9来破坏基因组中几乎每个基因的表达,这就能使他们确定参与营养转换的多个途径。在这些基因中,研究人员发现了一个未定性的基因,该基因只有在癌细胞以胞外蛋白为食时才需要细胞生存,研究者将这一基因命名为LYSET(溶酶体酶运输因子,Lysosomal Enzyme Trafficking Factor),结果证明,其对于溶酶体的功能非常关键,溶酶体是一种小型细胞器,其能作为细胞的胃,让蛋白质在其中消化。通过对LYSET进一步研究后,研究者发现,该基因能扮演所谓的甘露糖-6-磷酸途径的核心成分,该途径是利用消化酶所填充的溶酶体所必需的,在缺乏LYSET的情况下,癌细胞的溶酶体中就会缺乏相应的酶,且其不能再对蛋白质进行消化了。

【8】Transl Psych:新发现!一种跳跃基因或与机体抑郁症、恐惧和焦虑症发生直接相关!

doi:10.1038/s41398-022-02078-7

1996年,来自日本的科学家Tadashi Yamamoto在实验室首次发现,Tob基因在癌症发生过程中扮演着关键角色,此前的相关研究也表明,Tob基因在调节细胞周期和机体的免疫反应上也发挥着重要作用。近日,一篇发表在国际杂志Translational Psychiatry上题为 TOB is an effector of the hippocampus-mediated acute stress response 的研究报告中,来自日本冲绳科学技术研究所等机构的科学家们通过研究发现,Tob基因或许在调节机体抑郁症、恐惧和焦虑症方面扮演着重要作用。

这项研究中,研究人员主要对机体的抗压能力进行了研究,研究者发现,Tob基因的存在或能帮助抗压,如果其被移除的话,机体的抑郁、恐惧和焦虑水平就会增加。Tob基因以日语动词 tobu 命名,意思是飞行或跳跃,这是因为,当细胞暴露于刺激中时,其蛋白质的水平就会在活动中飞跃,这就导致了该基因被归类为即时早期基因(immediate-early gene),因为其拥有如此快的反应。

Tob基因与很多不同的现象都有关,但其对大脑系统的研究尤其具有挑战性,尽管此前其曾被怀疑过,但这项研究中,研究人员首次阐明了Tob基因在大脑中具有对抗压力的功能。该基因与焦虑症、恐惧和抑郁症相关的几轮来自于多项不同的实验,首先,研究人员将小鼠暴露于压力下,正如预期的那样,他们观察到,Tob蛋白的水平增加了,随后他们利用出生时没有Tob基因的小鼠进行研究后,发现小鼠机体中的抑郁、焦虑和恐惧水平增加了,比如,当携带Tob基因的小鼠被放在一个水桶里时,其就会游泳并试图逃跑,然而,没有携带Tob基因的小鼠则只是漂浮着,这种缺乏与困难状况斗争的意愿是研究人员确定动物处于抑郁状态的一种方法。

更重要的是,没有Tob基因的小鼠似乎并不会学习;研究者表示,当小鼠被日复一日地放在一个能唤起其恐惧感的地方时,其通常会发现事情似乎并没有那么糟糕,这样其就不再害怕了;但是没有Tob基因的小鼠仍然会表现出恐惧水平的增加。研究人员利用核磁共振成像技术对小鼠进行研究后发现,当小鼠机体中的Tob基因被移除后,调节大脑抗压能力的两个关键地方(海马体和前额叶皮层)之间的连接发生了改变。于是,研究人员决定分析该基因在海马体中的具体作用或角色,他们利用没有Tob基因的小鼠,并将这种基因注射到小鼠的海马体中,同时让该基因在小鼠机体其它部位不存在,结果发现,小鼠机体的恐惧感和抑郁程度恢复到了正常水平,但其焦虑症仍然会增加。

【9】Sci Adv:一种新型的可穿戴设备或能测定皮下肿瘤尺寸的变化

doi:10.1126/sciadv.abn6550

在小鼠模型中评估癌症疗法的疗效是开发新型疗法的关键一步,然而,低分辨率的测定工具和小规模样本使得在体内确定药物的疗效成为了一项困难且时间密集性的任务。近日,一篇发表在国际杂志Science Advances上题为 A flexible electronic strain sensor for the real-time monitoring of tumor regression 的研究报告中,来自斯坦福大学等机构的科学家们通过研究开发了一种小型的自主设备,其拥有一种可拉伸/可弯曲的传感器,能粘附在皮肤上测定皮下肿瘤的变化大小;这种非侵入性的、利用电池就能操作的设备的敏感性能达到百分之一毫米(10微米),研究人员只需要按下一个按钮,就能将结果实施无线地传送到智能手机的应用程序中。

研究者表示,在实际应用中,这种名为FAST(Flexible Autonomous Sensor measuring Tumors,测量肿瘤的灵活自主传感器)的设备或许就代表了一种全新、快速、廉价、免提和准确的方法来测定癌症药物的有效性,在更大的范围内,其还有望为癌症治疗带来新的研究方向。每年研究人员都会在有皮下肿瘤的小鼠中测试成千上万种潜在的癌症药物,然而很少有药物能用于人类患者机体中,寻找新型疗法的过程很缓慢,因为测定药物治疗后肿瘤退行的技术需要数周才能读出机体的反应,肿瘤中固有的生物学差异,现有测定手段的缺陷以及相对较少的样本量使得药物筛选变得非常困难。

研究者Alex Abramson说道,在某些情况下,被观察的肿瘤必须用卡尺手工测量,而使用金属钳子样的卡尺来测定软组织的效果似乎并不太理想,而且放射学方法并不能提供实时评估所需要的连续数据,而我们所开发的FAST技术能在分钟级的时间范围内检测肿瘤体积的变化,而卡尺和生物发光测定往往需要长达数周的观察期才能读取肿瘤尺寸的改变。FAST设备的传感器是由一种灵活的可拉伸的皮肤样聚合物组成,其中包括一种嵌入式的金回路,这种传感器与研究人员此前设计的一种小型电子背包相连接,这种设备能测定膜上的力量,即其拉伸和收缩的程度,并能将数据传输到智能手机上;使用FAST 背包 ,与肿瘤退行相关的潜在疗法就能迅速而有把握地排除进一步研究中无效或快速的方法。

【10】Science:揭示DNA复制时间调节着致癌性染色体易位的频率

doi:10.1126/science.abj5502

涉及原癌基因(proto-oncogene)的染色体易位是癌症的一个共同特征,可以通过让基因表达失调来推动肿瘤发生。染色体易位是通过两条染色体产生DNA双链断裂(DSB)后连接在一起而形成的。然而,尽管DNA双链断裂的来源很多,但是人们对DNA双链断裂形成和DNA双链断裂位点连接在一起的途径和机制知之甚少。

在抗原激活的B细胞中,在抗体成熟的生理过程中会出现有害的染色体易位。在抗体成熟期间,快速增殖的B细胞通过突变和重新排列免疫球蛋白(Ig)基因,使抗体库多样化。这些细胞表达一种称为激活诱导脱氨酶(activation-induced deaminase, AID)的突变酶,并通过DNA修复途径处理AID诱导的错配而在Ig基因上产生DNA双链断裂。然而,AID也会让原癌基因(特别是MYC和BCL6)发生突变,导致这些基因发生DNA双链断裂,以及它们与Ig基因座之间的有害易位,这是大多数成熟B细胞癌的典型特征,如伯基特淋巴瘤和弥漫性大B细胞淋巴瘤。

复制时间调节染色体易位的生物发生。

图片来源:Science, 2022, doi:10.1126/science.abj5502。

在一项新的研究中,来自奥地利维也纳生物中心分子病理学研究所的研究人员想要了解驱动AID依赖性染色体易位的机制。相关研究结果发表在2022年9月16日的Science期刊上,论文标题为 DNA replication timing directly regulates the frequency of oncogenic chromosomal translocations 。在激活的小鼠B细胞中,当降低一种称为微小染色体维持蛋白复合物(MCM)的复制解旋酶的水平时,AID依赖的Myc易位全面减少。这伴随着Myc、Igh和其他AID靶基因的复制起始点活动的减少,而不影响基因表达或AID诱导的突变。这些结果指出了DNA复制和AID依赖性易位在诱变下游之间的联系。

在Myc的启动子-近端复制起始点的缺失(Myc∆ORI)主要减少了Myc-Igh易位以及全局性地降低AID依赖的Myc易位,而不影响Myc的突变频率或转录。此外,Myc∆ORI或MCM缺失的细胞中的易位缺陷不能被内切核酸酶Cas9以超生理频率引入Myc的外源性DNA双链断裂所拯救。这些结果表明,Myc的复制起始点活动在DNA双链断裂形成的下游调节着易位生物发生的一个关键步骤,而且与DNA双链断裂频率无关。(100医药网100yiyao.com)

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