学术背景 磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）是现代医学诊断中的重要工具，其效果在很大程度上依赖于造影剂（Contrast Agents, CAs）的使用。传统的MRI造影剂主要基于钆（Gd）的配合物，尽管这些造影剂在临床中广泛应用，但其长期安全性存在争议，特别是在肾功能不全的患者中，可能引发肾源性系统性纤维化（Nephrogenic Systemic Fibrosis, NSF）。因此，开发基于过渡金属的新型MRI造影剂成为了研究热点。过渡金属（如铁、锰）不仅在地球上储量丰富，且具有多种氧化态，能够响应生物环境中的氧化还原变化，从而设计出“智能”造影剂。 此外，肿瘤微环境中的氧化还原失衡是癌症进展和耐药性产生的重要驱动因素。因此，开发能够实时监测组织...

学术背景 生物发光技术（bioluminescence）是一种高度敏感且非侵入性的成像技术，能够在活体生物中进行实时监测，而无需外部光源。荧光素酶（luciferase）是催化发光反应的关键酶，但天然荧光素酶存在诸多局限性，如蛋白质折叠不良、体积大、依赖ATP、催化效率低等。这些限制阻碍了生物发光技术在生物医学研究中的广泛应用。近年来，尽管通过定向进化（directed evolution）等方法对天然荧光素酶进行改造取得了一定进展，但仍无法完全克服这些局限性。 为了解决这些问题，研究团队利用基于深度学习的蛋白质设计方法，从头设计（de novo design）了一类新型荧光素酶，称为NeoLux系列。这些人工设计的荧光素酶不仅具有优异的催化效率、稳定性、体积小、不依赖ATP等特性，还能够与...

背景介绍 活体细菌在生物医学领域的应用近年来引起了广泛关注。传统上，细菌被视为病原体，需要被消除。然而，随着现代细菌学的发展，人们逐渐认识到细菌与人体共生的复杂性及其在治疗、诊断和药物递送中的独特潜力。尽管化学工程为增强生物安全性和改善治疗效果提供了创新思路，但活体细菌在精准医学中的全面应用仍面临重大挑战。特别是，活体细菌进入人体后的命运、其生物过程的复杂性以及个体化治疗的多样性，都是亟待解决的问题。此外，人工智能和机器学习技术的引入，为设计和预测活体细菌与人体相互作用提供了新的可能性。 论文来源 这篇题为《Live Bacterial Chemistry in Biomedicine》的论文由来自哈佛医学院布莱根妇女医院纳米医学中心的Senfeng Zhao、Qian Chen、Qiman...

尼古丁是烟草中的主要成瘾物质，通过激活大脑中的多巴胺奖励系统来促进吸烟行为。尽管尼古丁的成瘾机制已被广泛研究，但其在大脑中的具体作用路径，尤其是如何通过不同神经回路调控奖励和厌恶反应，仍然存在许多未解之谜。近年来，电子烟的使用在全球范围内迅速增加，尤其是在青少年中，这使得理解尼古丁成瘾的生理机制变得尤为重要。尼古丁通过与大脑中的尼古丁乙酰胆碱受体（nicotinic acetylcholine receptors, nAChRs）结合发挥作用，这些受体由不同的α和β亚基组成，形成多种异源或同源五聚体结构。研究发现，尼古丁的低剂量和高剂量会引发不同的反应：低剂量通常产生奖励效应，而高剂量则可能引发厌恶反应。然而，这些反应的神经回路机制尚未完全阐明。 论文来源 这篇论文由Joachim Jehl...

学术背景 帕金森病（Parkinson’s Disease, PD）是第二常见的神经退行性疾病，主要特征包括运动功能障碍、多巴胺能神经元的丧失以及α-突触核蛋白（α-synuclein, α-syn）的异常聚集。尽管大多数PD病例的病因尚不清楚，但约有5%-10%的病例是由单基因突变引起的。SNCA基因编码的α-突触核蛋白是第一个被发现与常染色体显性遗传PD相关的基因。SNCA突变通常导致早发性PD，其中A53T突变是最常见的点突变之一。然而，α-突触核蛋白如何诱导神经退行性病变的机制仍然不明确。 自噬（autophagy）是细胞内清除受损蛋白质和细胞器的重要过程，也是α-突触核蛋白降解的主要途径之一。研究表明，α-突触核蛋白的过度表达或突变会抑制自噬，导致α-突触核蛋白的积累，进而引发PD...

研究背景 视觉系统是哺乳动物大脑中最为复杂的感官系统之一，其功能依赖于多个脑区的协同工作，尤其是丘脑（thalamus）和初级视觉皮层（V1）之间的信息传递。视觉信息的处理不仅涉及对光强、对比度、运动等基本特征的提取，还需要在复杂的自然场景中同时处理多种时空特征。尽管过去的研究已经揭示了视觉系统中神经元活动的许多细节，但关于视觉信息如何在丘脑-皮层环路中动态编码，尤其是在自然视觉刺激下的神经振荡活动，仍然存在许多未解之谜。 神经振荡（neural oscillations）是大脑活动的重要特征，通常表现为局部场电位（local field potential, LFP）中的周期性波动。这些振荡活动被认为在信息传递、特征编码和神经同步中起着关键作用。然而，大多数研究集中在人工刺激（如光栅或闪光...