菜肴疾病模型

微型肺、乳房和其他器官可以在培养皿中培养,以复制组织的发育方式以及它们如何屈服于疾病。
6月27日

微型肺、乳房和其他器官正在培养皿中培育,这样科学家就可以研究它们是如何形成的,它们为什么会屈服于疾病,以及毒素、药物和毒物是如何影响它们的。在许多实验室实验中,像这样的器官模型正在迅速取代动物。但是,随着“虚拟生理人”等计算机模型变得越来越强大,培养皿的日子是否也屈指可数了呢?我们采访了使用和开发这三种技术的科学家。此外,一种新的涂层可以防止关节置换松动,磁疗可以治疗中风,植物可以进行长除法……

在这一集里

全髋关节置换术,x光检查"title=

01:03 -涂层牢固地固定骨植入物

美国科学家开发了一种新的涂层技术,可以使骨头与人工关节紧密结合。

涂层牢固地固定骨植入物

一种新的涂层技术使骨与人工关节紧密结合髋关节置换术">由美国科学家开发。</p>
                       <p>每年有数以百万计的关节置换手术,但在不到十年的时间里,其中至少有12%的人需要进行手术修复,其中一半是因为假体松动。</p>
                       <p>目前,替代关节是用一种叫做聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的骨水泥化合物固定的,这有几个缺点:最重要的是,它与天然骨的硬度不同,所以当骨头弯曲或弯曲时,它会向水泥移动不同的量,导致开裂,并促使两者分离。</p>
                       <p>此外,在PMMA凝固的过程中,它会释放出大量的热量,这会损害附近的组织,也会使水泥中难以包含可能有助于促进局部愈合或骨骼修复的化学物质或生长因子。</p>
                       <p>人们努力制造多孔假体,以促进骨骼生长到设备中,将其锁定在适当的位置,但由于骨骼生长不良,这些假体也在很大程度上被放弃了。</p>
                       <p>现在,麻省理工学院的保拉·哈蒙德站出来。她和她的团队已经开发出一种技术,在钛或塑料假体的表面涂上一层多层生长因子浸透的涂层。</p>
                       <p>涂层的基础层约为1/5000毫米厚,含有羟基磷灰石(HAP),与骨骼中天然存在的磷酸钙化合物完全相同。</p>
                       <p>在HAP层之上是一系列可溶解的层,由生物友好型聚合物聚-氨基酯和聚丙烯酸制成。每一层中都含有一种生长信号,叫做骨形态发生蛋白-2 (BMP2),它能强烈刺激新骨形成细胞(即成骨细胞)的生长。</p>
                       <p>这些可溶解层的厚度可以根据需要改变,它们像洋葱皮一样堆积起来,是通过将假体反复浸入化学溶液中然后让它变干而形成的。对于较厚的一层,蘸更多;对于较薄的层,少蘸几次。</p>
                       <p>植入实验动物的胫骨后,经过新涂层处理的假体显示,在大约30天的时间里,BMP-2生长因子稳定地释放到周围的骨骼中,随后成骨细胞开始生长。</p>
                       <p>18个月后在显微镜下检查种植体,发现溶解的表层已经消失,新骨已经生长并编织到羟基磷灰石层中。没有证据表明对植入物有任何组织反应。</p>
                       <p>更令人信服的是,与未经处理的对照植入物相比,用新涂层去除骨骼修复体所需的力要大30倍以上,而且测试植入物经常会带走新生长的骨骼碎片。</p>
                       <p>写在<i>科学转化医学</i>在这项研究发表的地方,作者们承认,到目前为止,他们只是在老鼠身上进行了研究,这项技术需要在更大的物种和更现实的临床环境中进行测试。</p>
                       <p>但随着世界人口老龄化,对改进的、延长使用寿命的假肢的需求从未像现在这样大……</p>
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研究人员使用功能性磁共振成像(fMRI)来揭示情绪状态下的大脑活动。图片来源:Inge Volman et al。"title=

04:36 -磁铁能帮助中风患者吗?

新研究表明,许多中风患者在中风后出现说话困难,但磁刺激可以有所帮助。

磁铁能帮助中风患者吗?

在英国,大约每五分钟就有一人中风。这一潜在大脑">当我们大脑中的血管堵塞或出血时,就会出现身体虚弱的情况,从而阻止氧气到达我们大脑的某些部分。虽然受影响的区域因病例而异,但大约20%到30%的患者会患上失语症,这种疾病会影响我们的阅读、写作、说话或理解语言的能力。这种情况尤其令人沮丧,因为患者发现他们突然无法与家人沟通,或者无法向医院工作人员表达他们的需求和愿望。</p>
                       <p>在失语症患者中,大脑的两个区域可能会受到影响(97%的人在大脑的左半球)。这些是布洛卡区,在你的额叶,它影响我们如何产生语言和韦尼克区,在大脑皮层,它影响我们如何理解语言。为了尽量减少中风的影响,医生的目标是快速干预,尽快恢复缺氧区域的氧气供应。然而,一旦损害已经造成,目前的治疗方法只包括言语和语言治疗,在最初的几周内,旨在为患者提供实际帮助,帮助他们在日常生活中交流自己的需求。</p>
                       <p>然而,本周,蒙特利尔麦吉尔大学的一个研究小组发表了一篇论文,他们一直在尝试使用经颅磁刺激来提高语言功能。这涉及到使用一个磁性线圈,当你把它放在某人的头骨旁边时,它会产生一个变化的磁场,在头骨另一侧的神经细胞中激发电流。它的强度很低,但如果你把它放在大脑的运动区域上,你会感觉到肌肉在抽搐,因为你的神经细胞被激活了。</p>
                       <p>他们希望通过在中风时缺氧的区域使用这种刺激,他们可以锻炼这些区域,这可能有助于更快地恢复这些区域的功能。他们对24名患者进行了测试,其中一半人每天接受20分钟的真实刺激,另一半人每天接受45分钟的语言治疗,持续10天。他们发现,在失语症语言测试中,那些接受了真正的经颅磁刺激的人的恢复率是没有接受这种刺激的人的3倍。显然,这是一个只有24名患者的小型研究,所以他们想在更多的试验中测试这种方法,但它看起来非常积极。</p>
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另一种硬币"title=

07:42 -用比特币买一品脱啤酒

长期以来,游戏玩家一直使用虚拟货币“比特币”在网上购买额外功能。现在你可以把你的积蓄花在真正的生活中了

用比特币买一品脱啤酒

虚拟货币比特币长期以来一直被游戏玩家用来在线购买额外功能。但现在用户们可以把存款花在现实生活中了,因为在过去的几周里,伦敦和剑桥的一些英国酒吧已经开始接受现实世界中的在线硬币。下面是《快速科学》对汉娜·克里奇罗和多米尼克·福特的货币分析。

·比特币是一种在线货币,可以在不需要银行或其他金融中介的情况下在人与人之间进行交换。

·它可以在任何国家使用,旨在独立于任何中央控制。

·2008年,一个匿名人士或组织以中本聪(Satoshi Nakamoto)的名义在一篇论文中首次描述了这种货币。

·一年后,该组织发布了第一个免费使用的比特币软件,并发行了第一批比特币

·每个比特币都是一段特定的计算机代码。除了兑换比特币外,用户还可以用电脑“挖矿”以获得新的货币。

计算机通过解决网络中持有比特币的复杂数学方程来“挖矿”——这些变化的难度取决于有多少比特币被释放。

·有计划将比特币的数量限制在2100万,预计直到2140年才会被发现。

·虽然没有中央银行,但所有使用比特币进行的交易都记录在公共交易日志中。这意味着没有人可以尝试使用相同的硬币支付多次购买。

·日志上的每笔交易都由与用户比特币钱包相关联的私钥“签名”——证明它来自正确的所有者。

·为了在现实世界中使用比特币,商店为购买生成二维码,然后客户用手机使用比特币应用程序扫描二维码。

隐形眼镜"title=

09:50 -留意糖尿病

研究人员已经开发出一种以眼泪为燃料的燃料电池,他们说这种电池可以为糖尿病患者安装在镜片上的葡萄糖传感器供电。

密切关注糖尿病

有一天,糖尿病患者可以使用仿生隐形眼镜来监测他们的血糖水平,而不必求助于疼痛的手指刺痛。研究人员已经开发出一种以眼泪为燃料的燃料电池,他们说这种电池可以为安装在镜片上的葡萄糖传感器供电。

使用隐形眼镜监测糖尿病的想法已经存在多年了隐形眼镜">眼泪中的葡萄糖水平与血糖水平一致。镜片中的电子葡萄糖传感器将与泪液持续接触,并可以为佩戴者轻松读取的现场显示器产生读数。但是这样的传感器需要一个电源,到目前为止,这已经被证明是一个主要的障碍。</p>
                       <p>瑞典马尔默大学Sergey Shleev领导的一个国际团队可能已经找到了解决方案,他们开发了一种生物燃料电池,利用眼泪中天然存在的抗坏血酸(维生素C)和氧气来运行。该电池在阳极使用两种有机催化剂氧化抗坏血酸,在阴极使用胆红素氧化酶来减少氧气。电极一起为电池供电。</p>
                       <p>利用人类眼泪样本,该团队展示了燃料电池可以在不改变其葡萄糖含量的情况下从眼泪中产生能量。这种电池的输出功率非常低,根据人眼中的抗坏血酸浓度和泪液流动速度,理论计算估计它在实际的隐形眼镜中可以产生高达22.1 μ W的功率。但该团队表示,这足以为一个微型传感器供电,特别是如果可以通过使用透镜的两侧来增加电极的尺寸。</p>
                       <p>“抗坏血酸/氧生物燃料电池可能是葡萄糖感应隐形眼镜的合适电源,”研究小组在他们的论文中总结道,并补充说所有使用的成分似乎都是生物相容性的。</p>
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眼睛虹膜"title=

13:17 -想象力会影响你所看到的吗?

科学家们发现,感知不仅受到身体感官的影响,还受到想象力的影响。

想象力会影响你看到的东西吗?

我们的想象力会影响我们的所见所闻吗?

我们的感知,即我们对周围世界所发生的事情的理解,是我们所有感官的结合。我们的所见所闻共同告诉我们发生了什么。但是,如果我们的感觉不一致,我们往往会得出错误的答案。

一个著名的多感官错觉,叫做麦格克错觉,表明如果我们口">听到某人说/ba/,但我们看到他们说/ga/,我们认为他们说的是/da/。所以,当我们的感觉不一致时,我们将它们合并,并相信中间的位置。本周,卡罗林斯卡学院(Karolinska Institute)的研究人员在《当代生物学》(Current Biology)上发表了一篇论文,提出了一个问题:“我们的想象力怎么样?”如果我们想象听到一些东西,它会影响我们所看到的,并发挥这些多感官错觉吗?</p>
                       <p>他们重现了三个著名的感知实验,其中一个元素是想象的,而不是看到或听到的,看看它们在这些条件下是否仍然有效。一个实验展示了一个交叉的坡道,每个坡道的顶部都有一个圆盘。当光盘跑下斜坡时,参与者被要求想象一个声音的发生,一些在光盘相互传递的时候,一些在之前,一些在之后。那些想象声音就在这些圆盘相互传递时发生的人认为他们看到了圆盘相互反弹——即使声音是想象出来的,这种错觉仍然有效。</p>
                       <p>同样地,他们重新做了麦格克错觉。他们让参与者想象/ba/的声音,给他们看一段有人说/ga/的视频,他们仍然感知到/da/。这些结果表明,即使这些感觉是想象出来的,而不是实际发生的,多感官错觉仍然有效。研究人员认为,这意味着记录感知和想象感官的神经网络有一些交叉,所以我们的想象包含在我们对世界的感知中。他们希望对这一过程的更深入了解将有助于治疗一些精神疾病,比如精神分裂症,在这种疾病中,人们无法区分真实和想象。</p>
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15:46 -数学使抵押贷款成功

美国研究人员想知道,是数学能力差的房主导致了全球金融危机吗?

数学使抵押贷款成功

是数学能力差的房主导致了全球金融危机,Maths_equations">美国研究人员想知道?</p>
                       <p>美国次级抵押贷款市场引发的经济冲击波波及全球,将大多数工业化国家拖入了20世纪80年代以来最严重的经济衰退<i>大萧条</i>。</p>
                       <p>到目前为止,大多数指责都指向了“不负责任的银行家”,批评者认为,他们不应该把钱借给无力偿还债务的抵押贷款买家。但借款人自己在多大程度上应该受到指责,哪些因素可能会影响这一点?糟糕的计算能力会是原因吗?</p>
                       <p>为了找到答案,洛桑大学的研究员Lorenz Goette和他的同事分析了2006-2007年次贷借款人的抵押贷款记录。</p>
                       <p>与有关人员取得联系,并通过电话对他们的数字和语言能力进行了基本测试。然后将这些结果与这些人拖欠抵押贷款的可能性以及拖欠时间进行比较。</p>
                       <p>由此可见,抵押贷款违约期限与较弱的数学能力之间存在很强的关系。平均而言,那些最不擅长计算的人的违约时间是得分最高的人的两倍。</p>
                       <p>即使在控制了诸如语言能力等因素之后,这种关系仍然存在,这意味着不仅仅是借款人无法理解抵押贷款条款;相反,数字能力似乎推动了获得抵押贷款的下游行为,这是关键因素。</p>
                       <p>研究人员在论文中总结道<i>PNAS</i>首先,抵押贷款产品的复杂性使其难以理解,这被认为是导致房屋收回的原因之一。但研究小组表示,根据他们的研究结果,仅仅改变这一点并不能解决问题。</p>
                       <p>相反,他们其次强调,改善房主的金融教育是必要的,并建议进行一项后续“随机对照研究”,向一些房主提供金融培训,但不向另一些房主提供,并比较结果,可以检验这种干预的重要性。</p>
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母乳喂养婴儿"title=

18:15 -更高社会阶层的母乳喂养

一项史无前例的新研究表明,母乳喂养可以帮助你爬上社会阶梯。

为更高的社会阶层喂奶

一项史无前例的新研究表明,母乳喂养可以帮助你爬上社会阶梯。母乳喂养婴儿"></p>
                       <p>众所周知,母乳喂养可以带来一系列的健康益处,但它也可能有助于向上流动。</p>
                       <p>伦敦大学学院的流行病学家Amanda Sacker和她的同事们将两组超过16000人的父母的社会阶层与他们自己33岁时的社会阶层进行了比较,并询问他们是否在婴儿时期接受过母乳喂养。这两组人分别出生于1958年和1970年。</p>
                       <p>与父母的社会阶层相比,在这两个年龄组中,母乳喂养的参与者在33岁之前爬上社会阶梯的可能性要高25%,向下流动的可能性要低20%。</p>
                       <p>研究人员认为,基于他们的研究结果,这种影响是因果关系,也与婴儿接受母乳喂养的时间长短有关,对那些母乳喂养超过四周的婴儿的影响最大。</p>
                       <p>研究小组推测,这种影响可能既有营养方面的,反映了母乳提供的必需脂肪酸、抗体和生长因子;也有情感方面的,反映了母婴关系的增强,以及母乳喂养的婴儿可能不太容易受到压力影响的事实。</p>
                       <p>但是,这些只是推测,需要正式的调查。写在<i>《儿童疾病档案</i>,研究小组指出<i>需要对母乳喂养与儿童认知和社会情感发展之间的关系进行更多的研究,以阐明母乳喂养可能对健康和福祉产生终身影响的因果机制。</i>"</p>
                       <p>还应该强调的是,这种影响可能也不是追溯性的。</p>
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在心脏外科手术室看到的人类心脏"title=

26:21 -造型!医疗模仿

创造人体的人造模型。这是如何做到的,它是一个精确的模仿系统吗?它能告诉我们什么?

造型!医疗模仿
卡迪夫大学的Kelly BeruBe

造型。不是走秀,而是医学模仿!胸部x光显示左肺有肺癌"></p>
                       <p>当研究人员想要窥视人体内部以更好地了解它时,一个选择是为他们感兴趣的区域创建一个人工模型:无论是肺、心脏还是乳房。然后,他们可以调整这个人工系统来测试药物,看看它是如何反应的,以便更好地了解它。卡迪夫大学(Cardiff University)的研究员凯利·伯鲁比(Kelly BeruBe)加入了我们的节目,她正在对肺组织进行这项研究。</p>
                       <p>克里斯-那么,在培养皿中制作肺模型涉及到什么呢?</p>
                       <p>凯利:很多工作,这是肯定的,很多创新,还有很多耐心。但首先,我应该先告诉你们什么是模型。我想说,模特基本上就像一个业余爱好者。你复制一个感兴趣的项目。所以,在我的例子中,我们正在考虑建立一个肺部气道区域的复制品,这是肺的传导部分,空气进出的大管道,因为当你吸入什么东西时,它受到的冲击最大。所以,我们喜欢在任何吸入研究中关注那个区域。对于使用模型来说,它们很有用,因为你可以无限地、快速地、通常地、非常经济地复制它们,然而如果与动物相比,它们非常昂贵。如果你想和人类的情况做一个比较,你必须让他们度过他们的一生。另一件事是,通过使用你创建的模型,你可以改变这些模型上的一些小参数,然后测量它们。这就解决了将动物数据外推到人类情况的问题因为如果你像我们一样使用人体组织,我们使用患者捐赠的肺细胞和组织那么你就有了人类终点数据。</p>
                       <p>Chris:所以,你提出了许多令人信服的积极因素来说明为什么这是一个好主意,但在培养皿中制造出一个行为、外观和功能都像肺一样的东西,这可能不是微不足道的。</p>
                       <p>凯丽:是的。我的意思是,我们在这方面已经研究了10年了,过去15年里我们一直在研究动物,但没有任何进展。然后我想到2003年,我们能够购买人体组织,你可以从人体组织库中获得细胞。我们开始涉猎它们,突然之间,那些困扰我们多年的问题,我们在一年左右的时间里很快就得到了答案。所以,我们决定离开动物,直接进入人体组织,就像一个乐高系统。我们开始使用不同的细胞,不同的培养基,不同的生物反应器,因为我们需要让细胞在3D中工作。如果它们是二维的,就像在培养皿里一样,你就不会得到和在人体内一样的反应。</p>
                       <p>Chris -你是如何让细胞生长成三维结构的肺(第一点)第二点,如果你观察肺,它们不仅仅是一种细胞。有许多不同类型的细胞,不是吗?有肌肉细胞,腺组织,上皮细胞排列在气道上,然后是特殊的表面活性剂细胞,这些表面活性剂制造气囊,在那里进行呼吸交换。这真的很复杂。</p>
                       <p>凯利-克里斯,你可以在我的实验室工作。听起来你好像知道很多,但是是的,肺里有40多种不同的细胞类型它们被分为3个不同的区域。你有上呼吸道系统,它捕获东西并试图阻止它们进入下肺,然后你有胸区,我们工作的地方有很多防御机制。然后在下肺,远端肺,你有肺泡区在那里你呼吸,在那里人们交换氧气和二氧化碳。你不想让任何东西进入那个区域,因为你会发炎的。所以,我们在胸部工作,那里有最多的防御细胞,因为它的工作是阻止物质进入你真正呼吸的地方。现在,在那个区域,大约有7个关键细胞我们所做的是从捐赠者那里提取基底干细胞这里最酷的事情是我们可以使用医疗废物组织。所以,如果你做了一个手术,他们给你开刀,他们必须取出一些组织,然后扔掉,我们可以买。他们通常将其焚烧,所以我们买了它,我们取出干细胞或我们感兴趣的细胞,然后我们在生物反应器中重新培养它们。这些是特殊的膜,它们看起来像小培养皿,就像豌豆大小的小杯子,顶部对空气开放,底部你可以喂食。 That's just like how we breathe. When we breathe in air, it goes over the tissue and you'll get your nutrients from below.</p>
                       <p>克里斯-细胞知道去哪里吗?</p>
                       <p>凯丽:是的。这就像一个军事秘密。我可以告诉你,但我必须杀了你因为这是专利技术,但我相信其他人会告诉你。使用我们创造的3D培养基,它有适量的激素和化学物质告诉细胞什么时候变成什么,基本上,在什么时候它会生长成7种不同的细胞类型你会分泌粘液,你会让你的纤毛跳桑巴舞,来回跳动。它看起来就像你从一个人身上取出的一块组织。</p>
                       <p>Chris:你可以用这个来问和回答哪些问题,而这些问题是你以前用老鼠或其他啮齿类动物或其他实验动物做实验时无法回答的?</p>
                       <p>凯利:我们知道我们可以准确地给自己注射,因为当我们过去做安装工作时,你会把含有颗粒物的液体或其他东西注射到肺里。我们从来都不确定这些化合物的去向。我们只是把它放进去,并忠实地认为我们已经放了一毫克我们希望它能分散到整个肺部,但你永远不会知道。所以,通过这种方式,我们可以准确地设定与环境相关的剂量。所以我们没有给细胞注射过量。</p>
                       <p>克里斯:这是非常可重复的,非常一致的。所以我想,让这些数字达到统计上有效的程度会更容易。</p>
                       <p>凯莉:当然。我们从捐赠者那里购买了大约50万个细胞,我们将得到大约400个豌豆大小的肺,它们可以持续两周左右,这是罕见的,所以你可以做急性,慢性和重复的毒性测试。就化妆品而言,这是一件大事,因为今年3月,欧盟颁布了一项指令,禁止销售任何在动物身上进行过测试的化妆品。所以,现在它通常是工业的替代设备,因为工业一直依赖动物。</p>
                       <p>Chris -你可以帮他们做测试。</p>
                       <p>凯莉-这就是我现在的想法。我们正在尝试开发一种模式,人们可以测试用于化妆品和美容目的的化合物,以及药物的安全性测试。想想空气中所有的东西——空气清新剂、气溶胶、杀虫剂、香水、化妆品。这是我们吸入肺部的无穷无尽的东西。</p>
                       <p>事实上,我的肺是我身体的一部分,而且我有免疫系统。培养皿则不然。它没有血流。这个模型的其他方面是你无法用你的盘子复制的。那么,即使你使用的是人类细胞,你怎么知道你没有遗漏什么呢?</p>
                       <p>Kelly:非常好的问题。问题是,人们必须意识到,当你在处理替代方案时,这是一个简化主义的模型,整个想法是,如果它不复杂,你就可以避免很多混淆因素。所以,你可以用镊子夹出你可能会错过的细微的东西,比如,免疫系统,或者如果是雌性的,荷尔蒙阻碍了,这些反应可能会掩盖你想要找到的东西。这些替代方法的作用是让你看到最不复杂的情况和一些你感兴趣的东西。你可以建立和使用更复杂的模型来尝试回答你的问题,比如使用体内不同组织的硅模型或其他体外模型。</p>
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正常乳腺组织"title=

34:08 -盘子里的3D乳房?

我们发现了如何在培养皿中构建一个微型乳房,以及它能告诉我们什么。

碟子里的3D乳房?
剑桥大学的乔纳森·坎贝尔博士

乔纳森,首先,为什么我们对乳房组织建模这么感兴趣?

乔纳森:这是女性中最常见的癌症。所以,如果你能够模拟正常情况,你就在开启致癌基因和将肿瘤微环境引入正常情况方面走了很长一段路,实际上,从生理学上研究肿瘤发生的过程。

凯特:那么,通过模拟正常的乳房组织,我们可以引入乳房">癌症基因和细胞,弄清楚发生了什么,希望从这一点上,我想,研究出药物来试图阻止这个过程?</p>
                       <p>乔纳森:没错。</p>
                       <p>凯特-那么,你是在像凯利一样使用人类细胞吗?</p>
                       <p>乔纳森:目前,我们已经建立了一个模型,我认为它是生理上的,甚至可以产生牛奶。但我们现在正着手制作人体乳腺组织模型。</p>
                       <p>凯特:那么,你现在用的是什么模型来代替人体组织?</p>
                       <p>乔纳森:所以,我们有一种天然的生物材料,它实际上是胶原蛋白和蛋白聚糖。我们将乳腺的主要组成部分引入该模型。首先是脂肪细胞,还有乳腺组织本身也就是分支上皮我们在培养皿中以自然的形式有效地重建了模型。</p>
                       <p>因此,在青春期和怀孕期间的乳房中,你会得到这种树状结构的大量细化,我们实际上在这道菜中又有效地做到了这一点。所以,我们非常确信这是生理上的。</p>
                       <p>凯特-你把这些脂肪细胞聚集在一起,但你说它甚至会分泌乳酸。是否有特定的细胞可以做到这一点,或者一旦你把它放在一个模型中,它会自动完成这个过程并形成一个完整的乳房组织吗?</p>
                       <p>乔纳森:是的,有一定数量的水会自动这样做。你给他们一点培养,他们就会做他们最擅长的事情。</p>
                       <p>凯特:你放进去的那些脂肪细胞,是来自人类还是来自另一种实验动物?</p>
                       <p>乔纳森:就目前而言,这是纯粹的细胞系,这些是从老鼠身上提取的。</p>
                       <p>Kate -老鼠和人类的乳房组织有多相似?因为如果它们形成了它们过去的结构,就像你刚才提到的那样,它们的生理结构和层次,在老鼠和人类身上是相似的吗?</p>
                       <p>乔纳森:它们比较相似,很明显,我们知道人类的腺体要大得多。不同细胞的隔室略有不同。例如,在人类中,有更多的成纤维细胞。</p>
                       <p>凯特-凯莉刚说她有个豌豆大小的肺。如果你取老鼠的乳房组织,在我们的盘子里有多小?</p>
                       <p>乔纳森:我们使用的支架实际上是,你可以把它切成任何尺寸。就这些在支架内形成的小类器官而言,我们说的是大约半毫米的长度。</p>
                       <p>凯特:你正在努力建立一个复制人类的模型,然后你可以把这些癌症基因引入其中。一旦你到了这一步,3D细胞模型能告诉我们哪些关于乳腺癌的信息是其他癌症基因研究或患有乳腺癌的患者无法告诉我们的?它能告诉我们什么不同?</p>
                       <p>乔纳森:令人兴奋的是,我们实际上可以研究原代细胞,它们形成了类似的结构,但它们形成了所谓的基膜。它们被一组特殊的蛋白质包裹着。令人兴奋的是癌症在扩散的时候是很危险的它们必须做的一件事就是强迫自己离开或者通过这种蛋白质混合物。所以我们可以实时监控。你不能用其他方法来做,所以我们实际上可以——因为它在盘子里,你可以看到发生了什么。</p>
                       <p>所以,你可以看到癌细胞在扩散。一旦我们对这个机制了解得更多,我们可以用这些信息做什么?我们能否测试新的抗癌药物,看看它会产生什么影响?</p>
                       <p>乔纳森:当然可以。要意识到癌症是一种高度个体化的疾病。所以,如果我们能在培养皿中有效地形成这些小乳腺,我们就能转移到人体模型中,然后我们就能在个体捐赠者的个体组织上测试各种化合物,这是非常令人兴奋的,因为每个人的癌症都是不同的。</p>
                       <p>凯特:我们一会儿要和一些计算机建模师谈谈,他们在理论上做建模。你认为细胞建模有什么优势,如果你从计算机的角度来看,你无法发现?</p>
                       <p>Jonathan:计算机建模当然有它的作用,但是生物学的情况更不可靠我认为上周我在伦敦参加的一个演讲总结了这一点牛津大学教授菲利普·迈尼教授说,在数学中,如果你用1除以2,你得到1 / 2在生物学中,如果你用1除以2,你得到2。这基本上是不可预测的。</p>
                       <p>凯特-他们在吵架!我们一会儿会看到凯瑟琳和彼得对此有什么看法。非常感谢剑桥大学的乔纳森·坎贝尔。</p>
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电脑芯片"title=

39:04 -用计算机编码来破解疾病!

为了研究生物过程,我们可以在培养皿中培养组织。如何获取这些信息,并创建一个计算机模型?

计算编码破解疾病!
来自伦敦帝国理工学院的Peter Kohl。

我们已经听说了如何在培养皿中培养组织来研究生物过程。但是如何获取这些信息,并创建一个计算机模型呢?

现在我们请来了牛津大学的凯瑟琳·弗莱彻和伦敦帝国理工学院的彼得·科尔,他们正在做这件事。你们俩都好。

凯瑟琳-你好。

彼得:晚上好。

凯特:我们一会儿会和彼得谈谈他对心脏的使用computer_chip">电脑模型,但是首先,凯瑟琳,电脑模型和钻研盘子有什么区别?</p>
                       <p>凯瑟琳:嗯,如果你是问我屏幕上的模特是否比盘子上的模特更好,我不得不说,两者都没有你想的那么好。组织不是一个完整的有机体,也不是一个计算模型。诀窍是使它们成为回答特定问题的有用工具,而计算机特别擅长的是整合大量不同类型的信息。</p>
                       <p>你可以想象在病人的层面上。在乳腺癌的情况下,你可能会看核磁共振扫描、乳房x光检查结果、遗传标记信息和其他血液检查。也许是病人的病史和风险因素,如果你能把这些都输入电脑,它就能帮助你整理数据,找到最有趣的点。</p>
                       <p>在更基础的科学层面上,我们可以使用计算机来整合来自实验的不同读数,例如,通过将已知的细胞行为映射到代表生物体解剖结构的几何网格上,例如,找出驱动特定类型不规则行为的原因。</p>
                       <p>我在这里代表虚拟生理人体项目,其目的是建立人体健康和疾病的计算模型,以便将身体不同部位的不同模型聚集在一起,以回答不同的问题。</p>
                       <p>Chris -你能给我们介绍一下什么是虚拟生理人的概念以及它是如何产生的吗?</p>
                       <p>凯瑟琳-是的。这是一个由欧洲委员会资助的,非常雄心勃勃的项目使用计算机来整合数据,从亚细胞或更小的规模开始,再从整个人类层面开始,然后以可互换的方式将它们映射在一起。自2008年以来,欧盟委员会已经资助了46个项目,涉及各种不同的主题,从肿瘤生长到药物安全,到骨质疏松症和动脉瘤,每个项目都在自己的领域工作,但努力确保它们都使用标准,以便这些模型将来可以以不同的方式一起使用。</p>
                       <p>克里斯:所以,它们说的是一种通用的计算机语言,所以如果你在开发一个肾脏模型,它最终会与心脏模型对话,这样一个模型的数据就可以告诉另一个模型的结果?</p>
                       <p>凯瑟琳:当然!在实践中做到这一点是相当棘手的。我的意思是,让软件在你自己的电脑上运行有时候,你会遇到困难,但这绝对是一个想法。例如,通过使用通用的计算机软件语言,您可以将它们连接在一起。</p>
                       <p>Chris -所以,项目的初始设置一定是定义了各个小组将要执行的标准吧?</p>
                       <p>Katherine:在已经获得资助的46个项目中,其中一个被称为卓越网络,它的工作基本上是作为研究人员的一个集结点,让他们了解该领域的其他人在做什么,并共同制定标准的最佳实践。因此,有很多技术上的东西是通过它发展起来的,比如用标准化词汇来描述模型的本体。如果您对这类东西感兴趣,请访问vph-portal。eu是VPH门户网站,如果你感兴趣,你可以在网上找到所有这些信息。</p>
                       <p>凯特:为什么我们不能创造一个完整的人体模型来同时解决所有这些问题呢?</p>
                       <p>凯瑟琳:从技术上讲,这是相当复杂的。如果你想用一个最新的计算模型来运行一个人类心脏跳动的模型,你不仅要让它运行得准确,还要让它运行得比实时更快因为预测一个人会在5年内死于心脏病是没有用的如果你需要7年的时间来预测。所以,你必须让这些模型既准确又快速,然后才能发挥作用。</p>
                       <p>凯特:我想,当我们启动模型时,我们必须输入所有我们知道的数据,以使它准确地工作。我们从哪里得到这些数据呢?</p>
                       <p>凯瑟琳:可能会有从科学文献中提取的信息,所以你可能会在论文中找到实验,你可以从他们那里借用数据。它可能来自真实世界的来源,所以病人。例如,核磁共振成像数据或各种可能患病的身体部位的图像。诀窍是找到方法将它们结合起来这样你就可以将一个特定的人的肿瘤状态的核磁共振成像图像与已知的其他类型的肿瘤如何生长的图像相结合,并以一种有意义的方式将它们结合起来,以得到这个病人可能对哪种治疗反应最好。</p>
                       <p>克里斯-那么,你现在在哪里?所以,你已经定义了标准,你已经资助了这些项目,开始建立单个系统的模型。我们现在在电脑里有一个模型人吗?</p>
                       <p>凯瑟琳-我们的想法仍然不是把它们作为一个个体来经营,至少不是作为一个模型站。我们的想法是选择你感兴趣的作品。所以,我们有很多非常发达的模型例如在心脏领域,肌肉骨骼模型也很好。还有很多关于病毒和癌症的有趣研究。你可以想象所有这些部分都可以很好地相互作用。</p>
                       <p>凯特:彼得,你正在做一个与心脏模型有关的项目。为了在计算机上模拟心脏是如何工作的,你需要看些什么?</p>
                       <p>彼得:我们首先需要就模型术语的理解达成一致。我认为字典提供的定义,对现实的简化表示是很有帮助的,因为如果你意识到你可能想要在任何情况下使用的任何模型都是对现实的简化表示。我们也意识到,任何模型,无论是培养皿中的肺还是心脏模型,都有其局限性。如果我们能从这里理解这一点,那么这个观点也就回到了你稍早问过的一个问题,关于人类的包罗万象的模型在术语上有点矛盾。</p>
                       <p>克里斯:难道我们现在的处境不是模型所知道的就是我们所知道的吗?所以,在我们完成生物学研究之前,我们怎么能有一台更好的计算机呢?</p>
                       <p>彼得:如果我们的模型确实包含了我们所拥有的所有知识,那就太好了,我认为我们不能声称我们的任何模型系统包括计算机模型都是如此。然而,如果他们确实有这些知识,他们就会在不同的方面适合和有用。一种是把它们当作一个专家系统,可以对它们的真正用途进行询问,比如在心脏的计算模型中,用它们来尝试更好地理解我们收到的实验或临床数据。</p>
                       <p>心脏的单个细胞是一个非常复杂的实体。这些细胞是由分子水平上的过程控制的,这些过程非常复杂,通过多种前馈和反馈机制相互作用,我的大脑肯定不够好,无法解释我们在实验环境中观察到的发现。所以,在同一水平上运行计算机模拟,并与实验研究并行,对理解你在做什么非常有帮助。下一步,我认为真正令人兴奋和有趣的是在你进入实验室之前或者在你考虑你可能想对病人做什么之前先进行模拟因为你在理论研究中探索参数空间可能允许你预测最有可能成功的路径。在这种情况下,成功完全取决于应用——可能是一种药物的开发,也可能是需要一系列实验来给你一个明确的答案。</p>
                       <p>凯特:彼得,当你在电脑上制作心脏模型时,到目前为止,你通过测试模型发现了什么?</p>
                       <p>Peter:我的一个观点是,实验研究者经常尝试将实验和理论研究结合起来,这些模型在计划更好的实验时非常有帮助。特别是,我们发现我们的模型并不能再现我们所期望的。这听起来可能有点违反直觉,但如果你有一个最好的构思模型,但它并不能完全重现你所看到的,那么它就凸显了我们理解上的一个缺陷。它提出了一个问题,而科学就是关于这个问题的。</p>
                       <p>现在就更多的应用方面而言,比如药物的开发,我希望我们能请到Gary Mirams他在牛津大学进行心脏单细胞建模Gary所做的是研究如何在开发阶段的早期就尝试和预测药物的副作用。你看,那些可能非常有用的药物被要求从市场上撤出的最常见原因是心脏副作用。现在,Gary Miram开发了一种技术,有人可能会说,简化论者,因为他在人们观察单个离子通道类型之前观察心脏细胞中电信号的形状并预测可能发生的事情。现在,他使用了三种离子通道类型这听起来可能很小,但令人印象深刻的是他预测心脏副作用可能性的能力比以前提高了好几倍。这表明简化模型在解释现象的过程中有它的作用。</p>
                       <p>凯特-非常感谢牛津大学的凯瑟琳·弗莱彻和伦敦帝国理工学院的彼得·科尔。</p>
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拳击"title=

训练是如何影响自由意志的?

汉娜:首先,什么是自由意志,它是如何与训练后的运动联系在一起的?剑桥大学的特里斯坦·贝金施泰因博士这样说。

特里斯坦:自由意志是指你可以决定某件事,感觉自己拥有这个决定的所有权。比如当你在学习骑自行车或者当你在学习打人的时候当你在训练成为一名真正的拳击手的时候。一开始,你必须考虑这些决定。它们慢慢变得自动。所以,在某种程度上,当这些事情变得自动化时,你就失去了自由意志。做出一个决定,并对这个决定进行反思,确保你要去做,然后去做,就认知过程而言,这需要永远的时间。这需要300或400或500毫秒,经过训练,这些动作变得如此自动,以至于你忘记了你是在做出移动的决定。事实上,你不再有意识地做出移动的决定,如果你不再有意识地做出决定,那么,你就不是在以自由意志的方式做这件事。汉娜-所以,当我们学习新的动作时,我们施加自由意志来控制我们的身体,但随着训练,这个动作变成了自动的,有意识的控制就失去了。运动是由大脑回路中的运动区域控制的,但随着年龄的增长,这里发生了什么呢? Professor Patrick Haggard from University College London explains.

帕特里克:所以,我认为随着拳击手年龄的增长,他们的拳路会发生变化,使他们能够出拳的速度不如原来那么快了。它们开始变慢,就像我们大脑的很多功能变慢一样,过了一段时间,它们的运作变得足够慢,以至于拳击手的意识体验可以跟上它们的速度,所以他意识到自己在做什么。所以,随着时间的推移,他的动作控制减慢到了和意识认知一样的相当慢的速度在那个时候,他的动作控制太慢了,无法打败对手,他应该停下来。

汉娜-除了骑自行车或拳击等运动训练之外,这种现象在其他地方也会出现吗?有请哈佛医学院的加布里埃尔·克里曼医生。

加布里埃尔-这种现象也出现在训练有素的音乐家演奏复杂的作品。在许多情况下,意识似乎干扰了复杂的行为模式。什么意识和自由偏见是灵活的,也许以较低的反应时间为代价。反应更快,但他们缺乏适应能力。

正如问题所暗示的那样,广泛的训练可以将有意识的行为转化为无意识的反应。克里克和科尔将这种无意识反应称为僵尸模式。

这两个系统,无意识的反应和有意识的行动都很重要,并且可能传达了进化的优势。

谢谢,特里斯坦,帕特里克和加布里埃尔。

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