牛骨骼肌

科学家们采用创新性的艺术化同步成像技术对1.5亿年前恐龙骨骼上的裂缝及断裂处进行检测，以图再现恐龙在世时的伤口康复过程。 　　北京时间5月10日消息，据国外媒体报道，英国曼彻斯特大学科学家近日利用创新性的艺术化同步成像技术对1.5亿年前恐龙骨骼上的裂缝及断裂处进行检测，以图再现恐龙在世时的伤口康复过程。科学家们的研究成果发表于英国皇家学会《界面》期刊之上。 　　据科学家介绍，在古老的恐龙骨骼之上，可能发现许多关于损伤和疾病的证据以及后续的康复过程迹象。研究负责人菲尔-曼宁在声明中表示，&ldquo 通过同步成像，我们能够检测到微弱的化学信号痕迹，这些信号不仅仅能够证明正常骨骼与伤愈骨骼的不同之处，而且还可以揭示受伤骨骼究竟是如何康复的。&rdquo 　　此前，化石诊断通常是简单检查恐龙骨骼化石或碎片来揭示恐龙康复的秘密。英国曼彻斯特大学科学家此次所利用的创新性成像技术，其光线亮度比100亿颗太阳还要亮，如此可以发现保存于恐龙骨骼化石中的损伤复原方式的迹象。 　　研究人员发现，恐龙几乎可以完全摆脱重大创伤所带来的影响。骨骼化石上经常显现许多灰白色的愈合伤口。对于人类来说，这些伤口如果不能及时治疗处理，将可能是致命的。曼宁解释说，&ldquo 恐龙似乎已进化出一整套完美的自我防护机制，可以帮助自身调节伤口的康复和修补。如果能够发现1.5亿年前的自我康复能力的秘密，将有助于我们在21世纪了解和运用侏罗纪时期的生命化学。在我们的一生中，生命化学在我们的身体里留下了许多线索，这些线索将有助于我们诊断、治疗和治愈大量的现代疾病。&rdquo

外骨骼是一种包裹身体的刚性结构，通常用来辅助关节运动。这种“外服”试图像人造肌肉一样，帮助穿着者的肌肉收缩和伸展。 最早的机器人外骨骼的开发可以追溯到1965年左右，当时通用电气公司开发了哈迪曼（Hardiman），这是一种大型全身外骨骼，该项目由美国军方投资，设计方案类似于今天的机械外骨骼。军方的目的是让穿戴者拥有超人一样的力量。哈迪曼拥有28个关节和两个抓取臂，由复杂的液压和电子系统驱动。实验中，穿戴者曾成功举起过1500磅的重物。不过遗憾的是，限于当时的技术条件，哈迪曼自己也臃肿不堪，自重达1500磅。如此重量的外骨骼自然难以操控，稳定性不佳，体重带来的另一个问题是能源不足。结果哈迪曼没能走出实验室。 而同一时期，1969年，前南斯拉夫的米哈伊洛普平研究所（Mihajlo Pupin Institute），也做了动力外骨骼研究工作，目的是为了帮助下肢瘫痪患者实现部分运动功能，他们在全世界第一个提出了步态运动系统（legged locomotion systems）的概念。当代研究 人类一直没有停止对外骨骼的研究。继续向前迈进，我们关注到来自英国普雷斯顿市中央兰开夏大学（UCLAN）机械工程高级讲师Matt Dickinson博士。Matt博士在大学新建的工程创新中心工作，主要研究概念设计，特别侧重于复合材料通过3D打印技术的应用。 马特说：“老实说，如果你三年前告诉我，我们即将开发世界领先的外骨骼技术，我会质疑你的理智，但现在我们确实做到了。” “这一切都要归功于2019年赢得地区初级工程师比赛的一名当地青少年。幸运的是，我当时负责评估每一个参赛项目，而有一个项目立即触动了我，他提到为什么没有给患有肌肉疾病的儿童穿的特殊套装或外骨骼来帮助小朋友进行活动。我的第一直觉是，市场上肯定已经有这样的设备，但我发现我错了！” 欠缺开发的原因纯粹是设计。例如，你如何制作一套能随主人“生长”的衣服，既轻便又实用，而且成本低，以至于所有人都能穿？ “作为一名机械工程师，我的第一个想法是用铝制作这套外穿装置，回过头来看，这完全是不可行的，而且制作成本非常昂贵。” 所需的材料必须是轻量的和容易获得的，但也必须是负担得起的。简而言之，如果没有人能够真正维护它，或者如果低收入家庭负担不起它，那么这项技术将是不可行的。 “外穿装置的结构被称为被动设计系统，这意味着它是整个装置的一部分，起着收缩点的作用，就像肌肉一样，但也是一个被动的外骨骼，分配力量和载荷。” “基于这个想法，我们试图将这各种技术结合起来，以构建一种混合系统，该系统将支持人体架构，并有助于肌肉的收缩和伸展，这也帮助我们开发出了现在的这一套新的驱动方法。” “我最初认为有可能支持这一设计的材料是聚乳酸（PLA）。在当时，还没有人测试这种材料是否能够支撑人体，但结果很快表明我们确实发现了一种非常特殊的东西。” 设计的第一次迭代证明了复合材料的适用性，尽管还需要解决材料对紫外线的反应问题以及人体皮肤中乳酸对材料的潜在浸渍问题。 “皮肤有时会激活材料中的乳酸，这会导致细菌的形成，最终破坏其结构完整性。于是我们加入了一种嵌入铜纳米颗粒的材料，它在人体汗液和复合材料之间形成了一道屏障——如果你愿意，这会是一种完美的抗菌剂，”马特说。 该项目还在探索短切碳PET的使用。复合材料提供了额外的强度，它将被用来作为外穿装置的支撑结构的核心，包裹在聚乳酸和碳纤维中。 “基本上，和所有研发一样，事情都在不断发展。这些是我们目前正在开发的材料，但我们仍在不断寻求开发新的复合材料，看看是否比当前的更适合。”马特继续说道。困局突破 “但这个情况下，我们的研发也碰到了困境，除非我们更好地了解这些材料的机械性能，也正好在这个时候，我们遇到了Tinius Olsen。” 光学引伸计、传感器以及非常强大的Horizon测试软件。公司的技术人员也在现场，根据研发的需要提供建议和指导。 然而，这次合作，还不仅仅是关于机械和测试建议。通过Tinius Olsen，Matt被介绍给ASTM标准委员会，成为F48.04外骨骼开发标准委员会的小组主席。 “ASTM F48委员会主要关注的是正在使用的部件的失效疲劳，与任何将用于人类使用的研发项目一样。通过日常使用中的压缩、拉伸和弯曲运动，对所用部件和/或材料进行预期寿命的评估。我们现在使用的Tinius Olsen的测试系统能够使我们更高效的进行所需的测试，大大缩短研发时间。” 在英国一个大型工程展上的一次偶然相遇为工作伙伴关系奠定了基础，最初，Tinius Olsen出借了一个50kN的试验机、一个“ASTM也对我们的研发项目带来了相当大的帮助，我们实际上已经从普雷斯顿的一个小实验室上升到了国际舞台上，见证了这一研发项目呈指数级地向前推进。如果没有Tinius Olsen，我们根本无法达到目前的水平。” “我们的最终目标是开发一套能够提供辅助生活的外穿装置。它的设计并不是为了增加力量，而是为了让患有肌肉疾病的儿童更灵活、更独立，最重要的是，提高生活质量。”其他应用 这一研发不仅在医学领域可以成功应用，在其他行业也有它的用武之地。例如，美国宇航局（NASA）等航天机构可以将这项技术应用到他们的宇航服设计中，以应对计划于20世纪30年代中期进行的火星任务。 同时它也可以扩展到军事应用，不仅用于支持士兵和飞行员的身体结构，还能应用于负责重型飞机、坦克和飞机建造和维护的地勤人员和技术人员。 职业体育也可以从中受益。美式足球和橄榄球等体育运动中的身体防护装备是显而易见的应用，但在治疗运动损伤这一方面也能有所作为。 而在建筑业和其他制造业相关的重型起重作业中，这类外穿装置将会降低工人的工伤概率，也能因此减少因工人劳累和背部受伤而损失的工作时间。

近年来，光学成像技术如荧光分子成像、光声成像和生物发光成像等广泛应用于小动物活体成像。同时，多模态成像技术的兴起将多种成像技术结合，为小动物活体成像提供了更精确和信息丰富的工具。为帮助广大用户及时了解小动物活体成像前沿技术、产品与整体解决方案，仪器信息网特别制作【小动物活体成像技术创新突破进行时】专题（点击查看），并策划“小动物活体成像技术”主题征稿活动，以期进一步帮助广大用户从多维度深入了解小动物活体成像技术应用、主流品牌、市场动态以及相关内容。本期征稿来自上海勤翔科学仪器有限公司，就小动物光学成像系统检测原理以及就勤翔小动物活体成像系统技术发展历程进行回顾。——01——分子成像研究背景1999年，美国哈佛大学 Weissleder等人提出了分子影像学 （molecular imaging）的概念，即应用影像学方法，对活体状态下的生物过程进行细胞和分子水平的定性和定量研究 。传统成像大多依赖于肉眼可见的身体、生理和代谢过程在疾病状态下的变化，而不是了解疾病的特异性 分子事件。分子成像则是利用特异性分子探针追踪靶目标并成像。这种从非特异性成像到特异性成像的变化，为疾病生物学、疾病早期检测、定性、评估和治疗带来了重大的影响。分子成像的主要优点如下：第一，分子成像能够反映细胞或基因表达 的空间和时间 分布，从而了解活体动物体内的相关生物学过程、特异性基因功能和相互作用。第二，由于可以对同一个研究个体进行长时间反复跟踪成像，既可以进步数据的可比性，避免个体差异对试验结果的可影响，又不需要杀死模式动物 ，节省了大笔科研用度。第三，尤其在药物开发方面，分子成像更是具有划时代的意义。根据统计结果，由于进临床研究的药物中大部分由于安全题目而终止，导致了在临床研究中大量的资金浪费，而分子成像技术的问世，为解决这一困难提供了广阔的空间，将使药物在临床前研究中通过利用分子成像的方法，获得更具体的分子或基因述水平的数据，这是用传统的方法无法了解的领域，所以分子成像将对新药研究的模式带来革命性变革。其次，在转基因动物 、动物基因打靶 或制药研究过程中，分子成像能对动物的性状进行跟踪检测，对表型进行直接观测和（定量）分析。——02——小动物活体成像系统分类及检测原理动物活体成像系统目前主要分为光学成像、核素成像（PET/SPECT）、核磁共振成像（MRI）、计算机断层摄影（CT）成像和超声（ultrasound）成像五大类。光学成像和核素成像适合研究分子、代谢和生理学事件，称为功能成像。超声成像和CT适合于解剖学成像，称为结构成像，MRI则介于两者之间。其中，光学成像是临床前小动物活体成像最常用的技术，主要包含生物发光法和荧光法两种。➤ 生物发光是利用荧光素酶基因标记细胞，通过基因表达产生的蛋白酶与相应底物发生化学反应产生光信号。➤ 荧光发光采用荧光物质或荧光物质标记的抗体、纳米材料、药物等导入到活体体内，通过外界激发光源激发获取成像。光学成像灵敏度高、快速且易于执行，与许多其他成像方式相比，相对便宜。其主要缺点是穿透深度，在可见染料的情况下，穿透深度只有几毫米。单一的成像模式往往只能提供有限的信息，当多种成像模式结合起来互补时，可以在解剖结构和定位的背景下提供分子特征、代谢和功能的信息，为科学研究提供了更加全面和详细的信息。——03——小动物活体光学成像系统检测原理勤翔小动物活体成像系统依靠搭载的高灵敏度制冷相机捕捉实验动物的光信号，成像原理主要包括生物发光（自发光）、荧光（需外源激发光照射）和X射线检测。生物发光是指通过转基因的方法，把荧光素酶报告基因导入到目的细胞中（比如肿瘤细胞），给实验动物接种该肿瘤细胞，在成像之前再给实验动物注射底物荧光素，荧光素酶可以使得底物荧光素氧化而发光，从而被相机检测到。荧光法是用荧光基团标记检测目标，这种荧光基团既可以是荧光染料（比如可以用cy5标记纳米载体），也可以是GFP报告基因（比如通过转基因的方式把GFP报告基因转入待检测的细胞）。每种荧光基团都有特定的激发波长和发射波长，成像时在特定激发波长的光（激发光）照射下，荧光基团会被激发而发射出另一种波长的光（发射光），可以用滤光片特异的捕捉发射光从而完成检测。名称优点缺点生物发光①特异性强②低背景，极高灵敏度③精确定量①标记手段和标记物单一②信号弱，对相机要求高③实验要求高④成本高荧光①信号强②标记物选择多，标记方式更灵活③成本低①背景高，灵敏度较低②荧光染料可能有毒性③较难精确定量——04——勤翔小动物活体成像系统的发展历程上海勤翔科学仪器有限公司成立于2006年，总部位于上海，是一家集研发、生产、销售、服务为一体的高新技术企业，致力于为生命科学领域提供专业的数字成像系统及图像分析解决方案。2011年，Clinx 勤翔在国内率先交付了第一台定制小动物活体成像系统，2024年，Clinx勤翔再攀高峰，推出全新8000X系列X光多模式小动物活体成像系统，从硬件上来说，不仅仪器外观做了重新设计，气体麻醉系统也做了整合，整体上更加时尚美观，而且从荧光光源布局到样品台材质等方方面面都做了优化升级。从功能上来说，新增了X射线检测功能，进一步丰富了小动物活体成像系统的应用。同时软件也做了较大的升级，能够支持生物发光、荧光、X光的多通道叠加显示，曝光方式更加智能，使用便利性大大增强。X射线的检测原理是利用了不同物质对于X射线的吸收率不同。当X射线穿过动物身体时，受到不同程度的吸收，如骨骼吸收的X射线比肌肉吸收的量要多。那么通过动物身体后，X射线量就不一样，这样便携带了动物身体各部密度分布的信息，接收器可以接收到这些信息并把它们转换成数字图像输出，主要应用于骨骼系统的检查。——05——颜值与实力并存：X光/荧光/生物发光合而为一勤翔小动物活体成像系统主推的型号是IVScope 8000X，它搭载高灵敏度制冷CCD相机和f0.8大光圈镜头，配备温控系统和麻醉系统，配合密闭暗箱，可以在动物正常生理状态下进行光信号检测。它除了可以满足传统生物发光和荧光检测之外，还支持X射线检测，可以对实验动物的骨骼进行成像观察。IVScope 8500X（主机+气麻）勤翔X光多模式小动物活体成像系统IVScope 8000X系列品牌：CLINX型号：IVScope8500X/8200X产品优势和核心竞争力包括：1、深度制冷CCD相机，峰值量子效率高达95%，系统拥有极高的灵敏度和信噪比2、系统除了支持传统的生物发光和荧光检测外，还可以同时对5只小鼠进行X射线检测，一台机器满足多种实验场景的需要3、软件全部自主研发，更加符合国人的操作习惯。除了常规的拍摄功能，还支持批量图像的定量分析、自动输出动力学曲线、自动生成视频、自动拼图、多通道叠加显示以及多账号多权限管理等功能。后期还可以免费升级。小鼠结肠癌不同治疗效果比对干细胞检测大鼠骨骼检测X光和多通道荧光的叠加显示2024年6月6日，在仪器信息网举办的“第一届小动物活体成像技术与前沿应用”主题网络研讨会（iSAI2024）上，勤翔应用支持袁亦晨讲师将在线全面讲解Clinx勤翔新品IVScope 8000X系列X光多模式小动物活体系统的技术特点和应用，可点击下方链接或扫描海报中二维码提前报名，直播间将送出勤翔定制的精美礼物。会议链接/扫码报名：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/sai240606.html——06——技术积淀+利好政策：国产高端制造业的崛起随着近几年国家政策的大力支持，高端科研设备的进口替代现象越来越明显，一方面节约了大量的科研经费，另一方面有力支持了国产高端制造业的崛起。正是因为前期大量的技术积累，勤翔的小动物活体成像系统越来越受到用户的欢迎，勤翔的小动物活体成像设备正在以下单位的科研一线发挥巨大作用。医院系统有：北京协和医院、四川大学华西医院、四川大学华西第二医院、上海长征医院、上海第七人民医院、南方医科大学顺德医院、广西医科大学第二附属医院、华中科技大学同济医学院附属梨园医院等。高校科研系统有：华南师法大学、广东工业大学、南华大学、辽宁中医药大学、枣庄学院、重庆医科大学、四川大学等。生物公司有：广东朝利良生物科技有限公司、北恒生物、万类生物、瑞吉生物、津科生物、福建安布瑞生物科技有限公司等。目前还有大量用户正在排队等待试用。勤翔典型用户迄今为止，勤翔小动物活体成像系统已支持客户发表多篇SCI文献，涉及的科研领域包括癌相关基因的靶点研究、干细胞治疗、化疗药物开发、骨质疏松治疗、脊髓修复等等，为科研转化提供了有力的理论依据。Clinx勤翔聚焦数字成像领域创新技术研发，致力于为科研人员提供全线自主研发的高性能数字成像产品和专业的技术服务。就在5月27日，Clinx勤翔宣布正式聘任英国帝国理工大学汤孟兴教授为首席科学顾问。汤孟兴教授在生物医学工程技术领域享有盛誉，组建了超声成像和传感实验室，主要研究方向包括医学超声超分辨率成像、造影成像、分子成像、声光成像以及生物电阻抗成像等各种成像技术等。至今在国际专业期刊上发表文章逾百篇，现担任包括医学超声杂志 IEEE T UFFC 和Ultrasound in Medicine and Biology 国际期刊的副主编和编辑顾问委员会委员。汤博士在生物医学及成像技术领域拥有资深的科研经验、广阔的视野和前沿的科学探索，他的加入将赋能勤翔研发团队完成更多更富挑战性的研究工作，从而为科研人员提供更多前沿科研工具，助力全球生命科学研究。小动物活体成像技术专题征稿进行中！为帮助广大用户及时了解小动物活体成像前沿技术、产品与整体解决方案，仪器信息网特别策划“小动物活体成像技术”主题征稿活动，以期进一步帮助广大用户从多维度深入了解小动物活体成像技术应用、主流品牌、市场动态以及相关内容。投稿邮箱：liuld@instrument.com.cn征稿提纲：https://www.instrument.com.cn/news/20230925/685455.shtml参考文献1、Rui Yan, Yujiao Guo, Xichao Wang, Guohai Liang, Anli Yang,and Jinming Li(2022).Near-Infrared Light-Controlled and Real-Time Detection of Osteogenic Diferentiation in Mesenchymal Stem Cells by Upconversion Nanoparticles for Osteoporosis Therapy.ACS Nano.DOI:10.1021/acsnano.2c029002、Yujiao Guo, Rui Yan, Xichao Wang, Guohai Liang, Anli Yang, and Jinming Li(2022).Near-Infrared Light-Controlled Activation of Adhesive Peptides Regulates Cell Adhesion and Multidifffferentiation in Mesenchymal Stem Cells on an Up-Conversion Substrate.Nano Lett.DOI:10.1021/acs.nanolett.1c045343、Wu, Yongquan Shi, Aiping Li, Yuanyan Zeng, Hong Chen, Xiaoyong Wu, Jie Fan, Xiaolin (2018). A Near-Infrared Xanthene Fluorescence Probe for Monitoring Peroxynitrite in Living Cells and Mouse Inflammation Model. The Analyst, doi:10.1039/C8AN01107A 4、Wu, Yongquan Shi, Aiping Zeng, Hong Li, Yuanyan Li, Huifang Chen, Xiaoyong Wong, Wai-Yeung Fan, Xiaolin (2019). Development of near-infrared xanthene fluorescence probe for the highly selective and sensitive detection of cysteine. Dyes and Pigments,doi:10.1016/j.dyepig.2019.107563 5、Yuanyan Li, Yongquan Wu, Luyan Chen, Hong Zeng, Xiaoyong Chen, Weican Lun, Xiaolin Fan and Wai-Yeung Wong(2019).A time-resolved near-infrared phosphorescent iridium(III) complex for fast and highly specific peroxynitrite detection and bioimaging applications.Journal of Materials Chemistry B,doi: 10.1039/c9tb01673b6、Wu, Yongquan Shi, Aiping Liu, Huiying Li, Yuanyan Lun, Weican Zeng, Hong Fan, Xiaolin (2020). A novel near-infrared xanthene-based fluorescent probe for detection of thiophenol in vitro and in vivo. New Journal of Chemistry, doi:10.1039/d0nj03370g7、Y. Li, Y. Wu, J. Wu,W. Lun, H. Zeng and X. Fan, A near-infrared phosphorescent iridium(III) complex for fast and time-resolved detection of cysteine and homocysteine,Analyst, 2020,doi: 10.1039/C9AN02469G8、Zihan Yang, Xichao Wang,Guohai Liang, Anli Yang and Jinming Li(2021).Photocontrolled chondrogenic difffferentiation and long-term tracking of mesenchymal stem cells in vivo by upconversion nanoparticles.J. Mater. Chem. B.DOI: 10.1039/d1tb02074a9、Yi Liu1, Yeying Wang, Bing Xiao1, Guoke Tang, Jiangming Yu, Weiheng Wang, Guohua Xu, and Xiaojian Ye(2021).pH-responsive delivery of H2 through ammonia borane-loaded mesoporous silica nanoparticles improves recovery after spinal cord injury by moderating oxidative stress and regulating microglial polarization.Regenerative Biomaterials.DOI:10.1093/rb/rbab05810、Qi M, Sun L-a, Zheng L-r, Zhang J,Han Y-l, Wu F, Zhao J, Niu W-h,Fei M-x, Jiang X-c and Zhou M-l (2022)Expression and potential role of FOSB in glioma.Front. Mol. Neurosci. 15:972615.doi: 10.3389/fnmol.2022.97261511、Chen L, Xu N, Wang P, et al.Nanoalbumin–prodrug conjugates prepared via a thiolation_x0002_and-conjugation method improve cancer chemotherapy and immune checkpoint blockade therapy by promoting CD8+T-cell infiltration. Bioeng Transl Med. 2023 8(1):e10377. doi:10.1002/btm2.1037712、Zixuan Zhou , Jingnan Xun, et al.Acceleration of burn wound healing by micronized amniotic membrane seeded with umbilical cord-derived mesenchymal stem cells.Materials Today Bio.Volume 20, June 2023, 10068613、Li J, Wang F, et al. OpiCa1-PEG-PLGA nanomicelles antagonize acute heart failure induced by the cocktail of epinephrine and caffeine. Mater Today Bio. 2023 Nov 8 23:100859. doi: 10.1016/j.mtbio.2023.100859.