細胞~從腦損傷到失智

       創傷性腦損傷（TBI）不僅是全球公共衛生的重大負擔，更是癡呆症的重要環境風險因素。然而，原發性機械損傷如何引發神經退行性變、增加癡呆風險，一直是科學界亟待破解的謎題。今天為大家分享一項發表在《Biomedicines》的研究《Mechanical Stretching-Induced Traumatic Brain Injury Is Mediated by the Formation of GSK-3β-Tau Complex to Impair Insulin Signaling Transduction》，研究者以 SH-SY5Y 神經母細胞瘤細胞為模型，揭開了機械拉伸誘導 TBI 的關鍵分子機制，為 TBI 相關癡呆的預防與治療提供了全新思路。

在培養皿中複現“腦損傷現場”

    •細胞模型：選用保留多巴胺特性的 SH-SY5Y 神經母細胞瘤細胞(圖1 A)，接種於可伸縮的 PDMS 膜上，模擬神經元在體內的力學環境。

    •機械刺激：採用25% 、伸長率1Hz 頻率的週期性拉伸（持續 6 小時和 24 小時），相當於模擬中重度 TBI 後的持續性機械應力。

圖1機械損傷通過拉伸誘發神經元損傷。 

核心發現：

1. 線粒體與 DNA 的雙重打擊
    6小時拉伸後，線粒體膜電位顯著降低，綠色/紅色螢光比值升高（圖1 B），提示線粒體去極化，能量代謝紊亂。24小時拉伸後，8-OHdG 水準顯著升高（圖1 C），DNA氧化損傷加劇；與對照相比，多巴胺水準顯著降低（圖1D）。

2. 神經保護機制瓦解與毒性蛋白積累
    週期性拉伸降低了 SH-SY5Y 神經母細胞瘤細胞中的 BDNF 水準並增加了澱粉樣蛋白-β/p-Tau（圖 2A-C）。BDNF的降低表明神經元被壓力調用，其中 BDNF 充當神經保護因數。此外，它的降低伴隨著聚集的 p-Tau 的增加，這是神經元損傷的跡象（圖 2D）。

圖2 通過神經母細胞瘤細胞的機械拉伸成功建立神經元損傷模型。

3. 胰島素信號通路 “罷工”
    蛋白質印記顯示，6 小時拉伸後 p-GSK-3β和 p-Tau蛋白水準顯著升高，GSK-3β 激酶活性被異常啟動（圖3 A）。而p-AKT 和 p-ERK 蛋白表達顯著降低（圖3 B），提示胰島素/ IGF 信號通路核心分子失活，神經元生存與修復信號受阻。

圖3 拉伸引起的機械損傷上調p-Tau和GSK-3β蛋白含量，並降低胰島素途徑

4. 靶向干預：GSK-3β 抑制劑逆轉損傷

    TWS119的保護作用：使用GSK-3β抑制劑TWS119處理後，p-Tau 和Amyloid-β水準降低，BDNF表達回升，神經元損傷明顯改善（圖4A-C）。

圖4 P-GSK3β降低神經元損傷模型中的BDNF 水準並上調澱粉樣蛋白β/p-Tau 的表達

從實驗室走向臨床

    當機械力以 25% 的伸長率反復“撕扯”神經元時，GSK-3β與p-Tau 蛋白的異常結合如同打開了潘朵拉魔盒。破解這一分子機制，或許正是阻止 TBI 患者滑向癡呆深淵的關鍵鑰匙。

奶油花的美觀與持久-形狀決定

奶油花的塑形秘密

    奶油花能不能做得漂亮，跟奶油的質地密切相關。像是流動性、濃稠度、比重、甚至溫度和黏性等，都會直接影響裱花時的操作手感與最終成型的穩定度。一般來說，如果奶油打發到“硬性發泡”，質地扎實、結構緊密，就能支撐起清晰的褶皺和立體的花瓣，花型會特別挺、輪廓分明；而如果奶油質地偏軟，花型在擠出時容易下垂，做出來會像雲朵或波浪邊那樣柔和自然，雖然美感不同，但比較難維持原始形狀。

 

奶油花成敗的技術關鍵

    其中，奶油的稠度會影響擠出的難易度與整體操作性——太稀可能花型撐不住，太稠又不容易順利擠出；而黏聚性（cohesiveness）則決定奶油在擠出過程中能否保持整體結構不崩散，對花型的塑形與精緻度影響很大。流變特性（也就是奶油在受到剪切力時的流動與變形行為）再加上環境溫度的影響，也會決定奶油花完成之後能不能“站得久”。例如室溫偏高，或奶油本身黏度太低，都容易讓漂亮的花型慢慢塌陷、變形。

    總之，想做出美觀、穩定又好操作的奶油花，除了打發技巧，理解奶油的物理特性也是關鍵。只有掌握好這些幕後“物性指標”，才能把每一朵花都擠得又美又穩！

以上圖片來自超技儀器魚與熊掌烘焙實驗室

持久性的資料分析

    通過先進的SMS體積測定儀（Volscan）可以借助360度的鐳射掃描技術量化化奶油的外觀形狀指標。將剛擠出與在室溫放置30分鐘後的奶油花進行鐳射掃描，測試圖像及資料從測試結果我們可以看出奶油花的整體體積，重量，最大高度，最大寬度指標，奶油花剛擠出比較立體，高度高，寬度低，但是擺放於室溫30min後，由於其吸水和塌陷造成，開始塌陷，體積減小，重量增加，高度降低，寬度增加。這些都是奶油花不耐擺放所出現的外觀變化。

明膠的固液交織，可以這樣做

一場結構與溫度的律動

    在食品膠體的流變學研究中，明膠作為典型的熱可逆凝膠材料，其溫度回應特性始終是影響產品質構表現與結構穩定性的關鍵因素。尤其是從凝膠態（gel）向溶膠態（sol）轉變的臨界溫度區間，對食品加工參數的設定、藥品載體系統的控釋特性，以及化妝品質地調控等應用領域具有直接影響。

跟著超技 x SMS 一起探索明膠的相態轉變點

    為精准捕捉明膠在溫度變化過程中的相態行為，藉由SMS多功能物理指標分析儀的流變裝置（A/APR），結合正弦波動態測試（Sine Wave Test），追蹤其在升溫過程中的彈性（G'）與黏性（G''）變化，進而識別其固液轉變的關鍵溫度點，為熱穩定性設計與質構調控提供量化依據。

明膠的溫柔轉變被看見了

    實驗中使用 6.67% 明膠溶液，在水浴中自 25°C 起每隔 0.5°C 測試一次直至 31°C，以動態觀察明膠在該溫度區間結構變化的過程。結果顯示儲能模量（Storage Modulus, G'）在28.5°C時開始大幅下降，並於此溫度點與損耗模量（Loss Modulus, G''）發生交會，顯示出明膠在此溫度從以彈性為主的凝膠態轉變為以黏性為主的溶膠態。

    同時，相位角（Phase Angle）也在28.5°C附近出現跳躍式變化，從穩定的 0.71 陡升至 0.79，再持續上升至 1.24，進一步驗證了材料內部結構的顯著變化。

    瞭解明膠的關鍵相態轉變溫度，對於多個應用領域具有重要的指導意義。在食品工業中，有助於掌握果凍、慕斯與膠質糖果在室溫下的質構穩定性；在醫藥領域，該溫度可作為評估膠囊釋藥行為與體溫適應性的參考依據；而在化妝品開發中，則有助於精准調控凝膠型護膚品接觸肌膚後的質地轉變與使用膚感。

細胞 ~ 疏通心臟生命路

超過3.3億個心臟“警報”

    最新發佈的《中國心血管健康與疾病報告2024》敲響警鐘：全國罹患心血管疾病的人口超過3.3億，更別提現在的年輕人一邊熬夜爆肝，一邊大口吃肉喝奶茶，久坐不動、加班爆表、抽煙喝酒樣樣來，冠心病發病更是逐步年輕化。這種疾病因冠狀動脈被脂肪、膽固醇等堵塞，導致心臟供血不足，可引發胸痛、心肌梗死甚至猝死。

圖1 

臨床的“金標準”依然“水土不服”

    冠狀動脈搭橋術（CABG）如今已是治療冠心病的常規手術，臨床應用廣泛，被認為是“金標準”療法。然而，即使手術本身已相當成熟，術後仍面臨不少難題，例如血管狹窄、血栓形成等併發症。統計顯示，約有50%的靜脈移植物（VG）在術後10年內出現閉塞。

    造成這一問題的關鍵在於靜脈“水土不服”動脈環境：本來適應的是低壓（0-30 mmHg）和較低拉伸（約5%）的靜脈環境，卻突然被置於高壓（約150 mmHg）和劇烈搏動（約15%拉伸）的動脈系統中，遭遇劇烈的機械應力衝擊。

    動脈血壓引起的高幅度週期性拉伸是誘導血管平滑肌細胞（VSMC）行為改變的關鍵因素。這種機械刺激會導致VSMC從收縮表型向增殖/遷移表型轉換，進而促進內膜增厚。周菁課題組在前期研究《MFN2 ...》中發現，線粒體蛋白MFN2通過降解糖酵解關鍵酶PFK1，抑制機械力誘導的VSMC糖酵解和內膜增生。儘管有研究證明脂肪酸氧化（FAO）是 VSMC 能量代謝的關鍵途徑，但其在機械力回應中的作用尚不明確。

雙重視角：機械力如何影響細胞代謝？

    《MFN2 ...》通過構建小鼠動-靜脈移植模型（圖2 A），並利用 ATMS 系統對血管平滑肌細胞（VSMC）施加15%單軸迴圈拉伸模擬動脈機械力（圖3A-B），發現動脈機械力可通過ROCK/JNK/SP1 信號通路抑制線粒體融合蛋白MFN2（圖4L）。MFN2缺失會破壞其與糖酵解關鍵酶PFK1的C端結合，導致PFKP/M與TRIM21的相互作用減弱（圖5B-C），導致果糖6-磷酸向果糖1,6-二磷酸轉化增強，驅動糖酵解代謝重程式設計。

圖5

    另一項研究《Mechanical...》發現，當 ATMS 施加動脈級拉伸時（圖8A），核膜張力感測器 cPLA2 被啟動並催化產生花生四烯酸（ArAc）（圖6 J），導致轉錄因數 YY1 降解，進而抑制FAO關鍵酶 CPT1B 的表達（圖7G-I）。

    這種機制下，高強度迴圈拉伸（15% CS）阻礙了促進VSMC增殖遷移的 FAO過程（圖8B-C）。

圖8

未來：細胞力學的前瞻價值

    這兩項研究揭示了血管移植失敗的本質是“機械 - 代謝”信號軸的失衡。ATMS 系統作為連接宏觀力學與微觀代謝的橋樑，不僅解析了cPLA2/YY1/CPT1B與 MFN2-PFK1兩條關鍵通路，還可模擬不同患者的血流動力學特徵（如高血壓患者的高拉伸幅度），為個性化藥物篩選提供體外模型。未來，隨著 ATMS 技術與類器官模型的結合，或許能讓每段移植靜脈在術前就完成“機械適應訓練”，破解冠心病手術的長期療效難題。