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社论：人类疾病模型的新兴生物分析技术和疗法
对人类疾病进行建模建模，深入了解其进步，并为有效治疗铺平了道路。随着药理学，分子生物学，医学/医学技术和工程的融合的持续进展，可以忠实地审查人类内部各种生理或病理过程的模型，需求越来越多（Moroni等人，2018年； Searson，2018； Searson，2023，2023; Zhou等，2023）。此外，在这些晚期疾病模型的开发过程中，在细胞，亚细胞和分子水平下模型中事件中事件中事件的发作和进展的方法同样重要（Leng等，2023; Clarke等，2021; Fuchs等，2021）。建模和传感技术的整合不仅为新药发现提供了强有力的支持（Guo等，2022a），而且还为开发个性化治疗剂的发展奠定了坚实的基础。到目前为止，传统的二维（2D）细胞培养和动物模型仍然是建立人类疾病模型并进行药物筛查的主要方法。但是，它们无法对药物效率和毒性进行有效，准确的临床前评估（Brancato等，2020）。尽管培养皿中的体外细胞培养是一种简单的高通量药物筛查和测试，但这些细胞模型通常缺乏体内组织微观结构和生理功能，导致无法模拟组织中的细胞功能和信号通路（Linville等，2022222222222222； Guo e Guo et al。因此，迫切需要替代组织此外，动物和人类之间的物种存在显着差异，尽管动物实验是药物发育中临床前验证的金标准（Brancoto等，2020； Jucker，2010）。fda在其最近的现代化法案2.0（Wadman，2023）中撤销了动物测试对新药的要求。动物实验的其他局限性包括微观成像（Cheng and Cheng，2021），存在混杂变量（Schellinck等，2010; Narayan等，2021），成本和可用性，可用性（例如，非人类灵长类动物）（Chu等人）（Chu等，20222），以及动物伦理学。
EpiNext™ CUT&RUN 快速套件
用途：EpiNext™ CUT&RUN Fast Kit 旨在从低输入细胞/染色质中快速富集与蛋白质（组蛋白或转录因子）复合的特定 DNA，并通过下一代测序使用 Illumina 平台或 qPCR 等其他方法识别或绘制体内蛋白质-DNA 相互作用。该试剂盒的创新工作原理、优化的协议和组件允许在最小化非特异性背景水平的情况下捕获目标蛋白质/DNA 复合物。捕获的 DNA 特别适合构建非条形码（单重）和条形码（多重）文库，以更少的偏差和更高的分辨率绘制目标蛋白质-DNA 相互作用区域。输入量：对于细胞，通常，每个反应的量可以是 2 x 10 3 到 2 x 10 5 个细胞。为了获得最佳制备效果，细胞输入量应为 1 x 10 5 ，尽管从 EpiNext™ CUT&RUN Fast Kit 获得的修饰组蛋白测序数据只需 500 个细胞即可获得。对于从细胞或组织中分离的染色质，每个反应的量可以是 0.1 µg 至 5 µg 的染色质。为了获得最佳制备效果，染色质输入量应为 2 µg。起始材料：起始材料可以包括各种哺乳动物细胞样本，例如来自烧瓶或培养皿的培养细胞、原代细胞或从血液、体液、新鲜/冷冻组织（预制备的染色质）中分离的稀有细胞群，以及从整个细胞群和胚胎细胞中分选出的特定细胞等。抗体：抗体应为 ChIP 级，以便识别与 DNA 或其他蛋白质结合的蛋白质。如果您使用的抗体尚未经过 ChIP 验证，则应使用适当的对照抗体（例如抗 RNA 聚合酶 II、抗 H3K4me3 或抗 H3K27me3）来证明抗体适用于 ChIP。内部对照：此试剂盒中提供了阴性和阳性 ChIP 对照。注意事项：为避免交叉污染，请小心地将样品或溶液移入 PCR 管中。使用气溶胶屏障移液器吸头，并在液体转移之间始终更换移液器吸头。整个过程中都要戴手套。如果手套和样品接触，请立即更换手套。
EpiNext™ CUT&RUN 快速套件
用途：EpiNext™ CUT&RUN Fast Kit 旨在从低输入细胞/染色质中快速富集与蛋白质（组蛋白或转录因子）复合的特定 DNA，并通过 Illumina 平台的下一代测序或 qPCR 等其他方法识别或绘制体内蛋白质-DNA 相互作用。该试剂盒的创新工作原理、优化的协议和组件允许在最小化非特异性背景水平的情况下捕获目标蛋白质/DNA 复合物。捕获的 DNA 特别适合构建非条形码（单重）和条形码（多重）文库，以更少的偏差和更高的分辨率绘制目标蛋白质-DNA 相互作用区域。输入量：对于细胞，通常，每个反应的量可以是 2 x 10 3 到 2 x 10 5 个细胞。为了获得最佳制备效果，细胞输入量应为 1 x 10 5 ，尽管从 EpiNext™ CUT&RUN Fast Kit 获得的修饰组蛋白测序数据只需 500 个细胞即可获得。对于从细胞或组织中分离的染色质，每个反应的量可以是 0.1 µg 至 5 µg 的染色质。为了获得最佳制备效果，染色质输入量应为 2 µg。起始材料：起始材料可以包括各种哺乳动物细胞样本，例如来自烧瓶或培养皿的培养细胞、原代细胞或从血液、体液、新鲜/冷冻组织（预制备的染色质）中分离的稀有细胞群，以及从整个细胞群和胚胎细胞中分选出的特定细胞等。抗体：抗体应为 ChIP 级，以便识别与 DNA 或其他蛋白质结合的蛋白质。如果您使用的抗体尚未经过 ChIP 验证，则应使用适当的对照抗体（例如抗 RNA 聚合酶 II、抗 H3K4me3 或抗 H3K27me3）来证明抗体适用于 ChIP。内部对照：此试剂盒中提供了阴性和阳性 ChIP 对照。注意事项：为避免交叉污染，请小心地将样品或溶液移入 PCR 管中。使用气溶胶屏障移液器吸头，并在液体转移之间始终更换移液器吸头。整个过程中都要戴手套。如果手套和样品接触，请立即更换手套。
第 18 章 RAS 致癌基因的故事
第 18 章 RAS 致癌基因的故事 221007bu3 抗癌药物：发现和寻求治愈方法的故事 Kurt W. Kohn，医学博士，哲学博士 名誉科学家 分子药理学实验室 发育治疗学分部 美国国立癌症研究所 马里兰州贝塞斯达 kohnk@nih.gov 第 18 章 RAS 致癌基因的故事 病毒中的 RAS 致癌基因。RAS 基因是人类癌症中一个特别重要的基因或致癌基因家族，它首次是在对致癌病毒的研究中发现的。1963 年的某个时候，在伦敦医院研究实验室癌症研究部工作的 Jennifer Harvey 给小鼠和大鼠接种了一只患有病毒诱发的白血病的大鼠的血浆。她定期将病毒从一只动物转移到另一只动物，从而诱发它们患上白血病。然而，那一年的一次，她注意到一些不寻常的东西，这为癌症的成因和治疗打开了一扇新的窗户（Harvey，1964 年）。接种了她一只白血病大鼠病毒的小鼠，除了常见的白血病（血液和淋巴结中有恶性细胞，而不是各种组织中的肿块）外，还意外地患上了实体瘤。后来发现，她的白血病病毒从大鼠自己的基因组中获取了一段 DNA 片段（拼接到其基因组中）。这段 DNA 现在是新病毒基因组的一部分，导致她的小鼠出现实体瘤型癌症肿块。此外，新的癌症基因被发现是正常基因 RAS 的突变版本（可能是大鼠肉瘤，突变版本最早是在大鼠肉瘤中发现的）。Harvey 的名字因新发现的 HRAS 致癌基因中的字母 H 而永垂不朽，HRAS 致癌基因是正常 HRAS 基因的突变形式。哈维的新病毒导致培养皿表面的细胞过度生长，形成“病灶”（图 18.1），其方式与温伯格团队后来在致癌基因研究中观察到的情况类似（第 15 章中的图 15.3）。电子显微镜图像中看到的哈维病毒颗粒具有非常不寻常的结构，类似于辐条轮（图 18.2）。
药用植物对金黄色葡萄球菌的抗菌特性，
抽象草药已经在非洲使用了几个世纪，并且在许多非洲社区中仍然是传统医学的重要方面。虽然Euclea divinorum，Carissa Edulis和Prunus Africana在肯尼亚的传统使用历史悠久，但需要进行更多的研究来确定其用于这些药用目的的安全性和功效。因此，这项研究研究了Euclea divinorum hern（Ebenaceae），Carissa Edulis和Prunus Africana的抗菌功能，以抵抗金黄色葡萄球菌，Escherichia Coli和Candida Albicans细菌，以补充其他研究者的工作。这三种植物的叶子，根和茎树皮是从Elgeyo Marakwet县目的收集的。在肯尼亚的Eldoret生物技术实验室分析了样品。将样品磨碎成粉末，并用己烷，甲醇和丙酮依次提取。提取物的抗菌活性是通过琼脂盘扩散法确定的。在将根，叶子和茎皮提取物引入培养皿上的菌落后，测量了井的抑制直径以测试其抗菌活性。针对金黄色葡萄球菌，大肠杆菌和白色念珠菌的E. divinorum，C。edulis和P. africana的根，叶子和茎皮提取物表现出针对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌细菌菌株的抗菌活性的不同程度。最后，非洲疟原虫的甲醇茎树皮提取物仅对大肠杆菌和白色念珠菌具有活性，但是，divinorum和C. edulis的茎树皮提取物并不反对金黄色葡萄球菌，大肠杆菌和白色念珠菌。E。divinorum和C. edulis根提取物表现出针对金黄色葡萄球菌，大肠杆菌和白色念珠菌的抗菌效力，而Divinorum和divinorum和P. africana的叶片则表现出对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌细菌菌株的抗菌活性。因此，建议divinorum和C. edulis的根提取物以及非洲疟原虫的茎皮提取物可以为开发替代性抗菌剂的发育提供潜在的来源，而E. divinorum和C. divinorum和C. edulis剂可能会提供潜在的来源，以进一步开发抗真菌药物的疾病治疗疾病。关键词：草药植物，抗菌活性，细菌，真菌，欧几里亚神经，Carissa Edulis和Prunus Africana
参考：DSHB3034技术数据表产品：板数琼脂（PCA）
*根据需要进行调整和 /或补充，以满足性能标准方向，将23.5 g粉末悬挂在1升蒸馏水中。通过频繁搅拌将沸腾的溶解。分配到最终容器中，并在121°C的高压釜中对15分钟进行消毒。描述板计数琼脂公式是根据Buchbinder等人的。在对微生物板计数的培养基研究中的建议。为了避免添加牛奶，已修改了标准化琼脂标准琼脂的原始配方。这种新的组成允许大多数微生物的生长，而无需进一步添加。该培养基的配方等效于“乳制品检查标准方法”，USP的“胰蛋白葡萄糖酵母琼脂”，“ Deutsche Landswirtchaft”以及Apha和Aoac的AOAC的板块倒物。这是任何类型样品的平板计数的首选媒介。技术准备样品的10倍连续稀释液，并从每个稀释液（重复）中取1 ml等分试样，并将其放入无菌培养皿中。倒大约每个板中的无菌冷却培养基（约45°C）。通过图8的形式轻轻混合板。将不受干扰的板留在倒置的位置。孵育时间和温度取决于正在研究的微生物的类型。对于一般有氧计数，在30°C下孵育3天。在24、48和72小时后进行读数。质量控制APHA提出的板数方法包括将熔融琼脂倒在50°C的板上，这些板上包含稀释样品的板（倒板技术）。在32-35°C下孵育48小时后进行最终计数。对于具有其他温度需求的微生物，已经提出了以下孵育：在32 -35°C，45°C下2-3天，在55°C下为2天，在20°C下为20°C，10天，6.5ºC±1ºC。样品稀释液用1/4林格的溶液，缓冲肽水或最大恢复稀释剂根据其性质制备。倒板计数方法比扩散板技术更优选，因为它给出了更高的计数。尽管如此，后者促进了殖民地的孤立和恢复。
机械工程系教职人员和实验室...
u-tokyo.ac.jp 神崎高桥实验室 研究领域： 我们的研究目的是通过结合信息学、工程学和生物学的跨学科方法阐明产生适应性行为（或智力）的基本神经机制。作为模型系统，我们使用培养的神经元、昆虫大脑和老鼠大脑。我们的研究涉及调查生物机器混合系统，同时也建立了通过外部命令控制大脑功能行为的基本技术。 研究示例： 了解大脑、向大脑学习 ■用昆虫传感器和神经回路实现的自适应机器人 实现对各种环境的适应性是构建自主系统的基本目标之一。昆虫通过其简单的神经系统表现出一系列复杂的适应性行为来响应其环境，因此，它们是理解适应性的良好模型。我们已经开发了昆虫机器混合系统，使我们能够通过操纵机器人（身体）、昆虫（大脑）和其环境（A，B）之间的相互作用来分析和评估昆虫的适应性。通过使用混合系统分析适应性，我们可以建立行为模型并将其应用于移动机器人。（2）大脑改造 ■大脑重新布线 大脑是一种可重写的设备。对学习和微刺激引起的可塑性以及神经处理的理解将为工程和医学创新铺平道路（C）。为此，我们还对工程和信息科学方法感兴趣，包括开发神经接口以及实施多变量统计分析和信息论。 ■通过分子遗传学修改昆虫大脑中的神经回路 基因包含动物身体的蓝图，包括传感器和神经回路。我们可以通过对神经元特性的基因改造来了解昆虫大脑中神经回路的功能（D）。这些方法的一个重要应用是开发出能够报告几乎任何感兴趣的刺激的“传感器昆虫”。 （3）大脑重建 ■利用数学模型重建昆虫大脑 我们利用分子遗传学、形态学、生理学、生物化学和行为学（E）等各种技术对昆虫大脑进行分析，建立了神经元数据库。通过将数据库中的信息整合到数学模型中，我们可以了解昆虫适应行为背后的机制。 ■利用分离培养神经元的神经计算芯片 在培养皿中培养的神经元会形成自组织网络。通过控制自组织，我们开发出可用作计算设备的培养网络。 助理教授 Hirokazu TAKAHASHI
8 年级科学高级学术课程 (AAC) ...
• 评分阶段 1 • 评分阶段 2 • 评分阶段 3 • 评分阶段 4 过程标准描述了学生参与内容的方式。科学与工程实践 (SEP) 描述了学生为学习内容需要在课堂上进行的实践。反复出现的主题和概念 (RTC) 描述了学生需要如何思考内容才能学习它。科学与工程实践 8.1A 根据从文本、现象、模型或调查中观察到的信息提出问题并定义问题。8.1B 使用科学实践来计划和开展描述性、比较性和实验性调查，并使用工程实践来设计问题的解决方案。8.1C 在实验室、教室和现场调查期间使用适当的安全设备和实践，如德克萨斯州教育署批准的安全标准中所述。 8.1D 使用适当的工具，如量筒、米制尺、元素周期表、天平、秤、温度计、温度探头、实验室器皿、计时装置、 pH 指示剂、加热板、模型、显微镜、载玻片、生命科学模型、培养皿、解剖工具包、磁铁、弹簧秤或力传感器、模拟波行为的工具、卫星图像、天气图、手持放大镜以及实验室笔记本或日志。8.1E 使用国际单位制 (SI) 收集定量数据，并以定性数据为证据。8.1F 使用反复试验和方法组织数据，构建适当的表格、图形、地图和图表。8.1G 开发和使用模型来表示现象、系统、过程或工程问题的解决方案。8.1H 区分科学假设、理论和定律。8.2A 确定模型的优点和局限性，例如其大小、属性和材料。8.2B 通过识别任何重要的描述性统计特征、模式、错误来源或局限性来分析数据。 8.2C 使用数学计算来评估数据中的定量关系。8.2D 评估实验和工程设计。8.3A 提出解释并提出由数据和模型支持的解决方案，并与科学思想、原理和理论相一致。8.3B 在各种设置和形式中单独或协作地交流解释和解决方案。8.3C 使用应用科学解释和实证证据进行科学论证。8.4A 将过去和当前的研究对科学思想和社会的影响联系起来，包括科学过程、成本效益分析以及与内容相关的不同科学家的贡献。8.4B 通过评估来自多个适当来源的证据来评估所使用的可信度、准确性、成本效益和方法，从而做出明智的决策。
人类诱导性多能干细胞衍生的心肌细胞 (iPSC-CM) 用于模拟心律失常：优势、挑战和潜在解决方案
心脏二元组中的离子通道和细胞骨架蛋白在维持兴奋-收缩 (EC) 耦合和提供心脏稳态方面发挥着关键作用。这些二元组蛋白质的功能变化，无论是由遗传、表观遗传、代谢、治疗还是环境因素引起的，都会破坏正常的心脏电生理学，导致异常的 EC 耦合和心律失常。动物模型和异源细胞培养为基础心脏研究提供了阐明心律失常发病机制的平台；然而，这些传统系统并不能真正反映人类心脏电病理生理学。值得注意的是，具有相同遗传性通道病 (ICC) 基因变异的患者通常表现出不完全的外显率和不同的表现度，这强调了建立患者特定疾病模型以理解心律失常的机制途径和确定个性化疗法的必要性。患者特异性诱导多能干细胞衍生的心肌细胞 (iPSC-CM) 继承了患者的遗传背景，并反映了天然心肌细胞的电生理特征。因此，iPSC-CM 为心脏病建模和治疗筛选提供了一个创新且具有转化价值的关键平台。在这篇综述中，我们将研究患者特异性 iPSC-CM 如何在历史上演变为在培养皿中模拟心律失常综合征，以及它们在理解特定离子通道及其功能特征在引起心律失常中的作用方面的实用性。我们还将研究 CRISPR/Cas9 如何实现基于患者独立和变异诱导的 iPSC-CM 的心律失常模型的建立。接下来，我们将研究使用人类 iPSC-CM 进行体外心律失常建模的局限性，这种建模源于 iPSC 的变化或 iPSC 或 iPSC-CM 基因编辑引起的毒性，并探索如何解决这些障碍。重要的是，我们还将讨论新型 3D iPSC-CM 模型如何更好地捕捉体外特征，以及全光学平台如何提供非侵入性和高通量电生理数据，这些数据可用于分层新出现的心律失常变异和药物发现。最后，我们将研究提高 iPSC-CM 成熟度的策略，包括强大的基因编辑和光遗传学工具，这些工具可以在 iPSC-CM 中引入/修改特定离子通道并定制细胞和功能特征。我们预计 iPSC、新型基因编辑、3D 培养和细胞培养的协同作用将在未来几年内实现。
6 年级科学高级学术课程 (AAC) ...
• 评分阶段 1 • 评分阶段 2 • 评分阶段 3 • 评分阶段 4 过程标准描述了学生参与内容的方式。科学与工程实践 (SEP) 描述了学生为了学习内容需要在课堂上进行的实践。反复出现的主题和概念 (RTC) 描述了学生需要如何思考内容才能学习它。科学与工程实践 6.1A 根据从文本、现象、模型或调查中观察到的信息或提出问题并定义问题。6.1B 使用科学实践来计划和开展描述性、比较性和实验性调查，并使用工程实践来设计问题的解决方案。6.1C 在实验室、教室和现场调查期间使用适当的安全设备和实践，如德克萨斯州教育署批准的安全标准中所述。 6.1D 使用适当的工具，如量筒、米制尺、元素周期表、天平、秤、温度计、温度探头、实验室器皿、计时装置、pH 指示剂、加热板、模型、显微镜、载玻片、生命科学模型、培养皿、解剖工具包、磁铁、弹簧秤或力传感器、模拟波行为的工具、卫星图像、手持放大镜以及实验室笔记本或日志。6.1E 使用国际单位制 (SI) 收集定量数据，并以定性数据为证据。6.1F 使用反复试验和方法组织数据，构建适当的表格、图形、地图和图表。6.1G 开发和使用模型来表示现象、系统、过程或工程问题的解决方案。6.1H 区分科学假设、理论和定律。6.2A 确定模型的优点和局限性，例如其尺寸、属性和材料。 6.2B 通过识别任何显著的描述性统计特征、模式、错误来源或局限性来分析数据。6.2C 使用数学计算来评估数据中的定量关系。6.2D 评估实验和工程设计。6.3A 提出解释并提出由数据和模型支持的解决方案，并与科学思想、原则和理论相一致。6.3B 在各种设置和形式中单独或协作地交流解释和解决方案。6.3C 使用应用科学解释和实证证据进行科学论证。6.4A 将过去和当前的研究对科学思想和社会的影响联系起来，包括科学过程、成本效益分析以及与内容相关的不同科学家的贡献。6.4B 通过评估来自多个适当来源的证据来评估所使用的可信度、准确性、成本效益和方法，从而做出明智的决策。