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芯片上数十万神经元生长!科学家在「3D芯片大脑」上建模还要复制人体系统

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动物实验何时能被取代?

带着这一问题,科学家们尝试了很多替代动物实验的方案,比如开发新算法、三维体外模型、利用鱼胚胎(鱼胚胎不属于动物)进行毒性测试甚至是采用颇具争议的人体实验。

研究人员发现,后者更接近真实的人脑数据。所以结论是:在包含其他细胞类型的环境中生成的神经元网络更复杂,随时间的推移它也会更加复杂。

吉林大学白求恩第一医院院长华树成表示,接种流感疫苗很有必要,只有把流感控制住了,没有那么多人发烧、出现呼吸道症状,才能更快速、精准识别新冠肺炎患者,同时减轻新冠病毒核酸检测的压力。

此外,流感疫苗生产周期长,对工艺和技术的稳定性要求很高。流感疫苗生产企业赛诺菲巴斯德中国区总经理张和平表示,要完成一个流感疫苗的生产,总共要经过6个阶段22个步骤,其中用于质控的时间占70%,每个批号有100多个检测点400多个检测参数,常规需要6~7个月的生产周期。

无创监测神经元电生理活性

目前全国多个地区已开展流感疫苗接种工作。据了解,甘肃第一轮调度的6万支流感疫苗已于8月底接种结束;浙江省户籍70周岁以上老年人正进行接种预约登记;北京市于9月下旬开始分阶段、分批次实施接种;上海市各社区接种门诊也已陆续启动流感疫苗预约接种。

在 LLNL 众多的科研硕果之中,最为出名的便是 6 种化学元素(113-118 号)的发现。

唐山市古冶区5.1级地震后,不仅唐山本地震感明显,河北省内承德市、沧州市、廊坊市、雄安新区等地有震感,秦皇岛市各县区、保定市易县有震感,张家口赤城、蔚县有轻微震感。天津震感强烈,北京全市有感。

中国地震台网中心地震预报部主任蒋海昆当日对媒体表示,此次地震属于1976年唐山地震余震。1976年地震后,老震区一直在持续起伏活动。在早期,5—6级地震是频繁发生的;到了80年代之后,活动有所减弱,但这一区域的地震活动还是要高于周边区域。

简单来讲,研究团队开发了一种统计模型,专用于分析在体外脑芯片上植入的脑细胞形成的神经元网络。

所幸此次地震没有人员伤亡报告。地震发生后,河北省消防救援总队按照实际地震等级上调2级(7.1级)要求,迅速启动重特大地震灾害一级响应预案。全省消防救援队伍一次性调集地震专业救援队4215人、13条搜救犬,各类消防车236辆,携带救援装备器材4.7万余件(套),做好跨区域增援准备。

二、罗芳水质净化厂周边片区,包括罗芳水质净化厂厂区、罗芳雅苑、京基工棚。

广东省疾病预防控制中心相关负责人说,一般而言,接种流感疫苗后需2~4周后才可产生具有保护水平的抗体,为保证受种者在流感高发季节前获得免疫保护,建议公众在当地流感疫苗上市后尽快接种。

记者获悉,一些国家的流感疫苗接种率甚至超过50%。

就拿第一个数据集的实验结果来讲,研究人员查看对比了:

根据国家药监局网站和疫苗批签发信息,2020~2021季节有9家厂家供应流感疫苗。业界预计,2020年我国流感疫苗计划生产有望达到5000万人份。

此外还需做核酸检测的市民包括:

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8月14日,广东省卫健委通报,罗湖区水贝盒马鲜生超市1名员工在汕尾陆丰市被确诊为新冠肺炎患者。经排查,水贝盒马鲜生超市发现2名员工核酸检测阳性,结合其临床表现,判定为无症状感染者。

大约 2 周后,神经元网络生长并成熟,研究人员能够以半小时为增量,记录 3DMEA 中细胞的电生理活性,为每个细胞创建独一无二的高分辨率电极位置图。

第三,推进流感疫苗新型技术路线探索。张和平建议国家鼓励创新,加快引进国外先进流感疫苗。他表示,目前流感疫苗除了以鸡胚培养为基础的传统制备工艺外,还有一种在国外已经上市的基因重组流感疫苗。生产该产品不依赖无特定病原体鸡蛋的数量,生产周期短,既可减轻年度流感疫苗生产的时间压力,又可为预防流感全球范围内暴发做好应急准备,可加以考虑。(文 |《瞭望》新闻周刊记者 马晓澄 徐弘毅)

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记者从河北省地震局了解到,1900年以来,此次震中的古冶区100公里范围内发生5.0级以上地震29次(含余震)。其中,5.0—5.9级地震23次,6.0—6.9级地震4次,7.0—7.9级地震2次。这些地震中,震级最大的为1976年7月的7.8级地震(空间距离约57公里),时间、空间距离最近的均为1995年10月6日河北省唐山市滦县5.0级地震,空间距离约6公里。

正如前文所述,3DMEA 平台和 T-SBM 模型的设计出自美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)。

8月15日,罗湖区新冠病毒肺炎疫情防控指挥部办公室发布通告:

今年受新冠肺炎疫情影响,民众接种流感疫苗意愿普遍增强、疫苗销量大幅提高。疫苗供应能够满足民众需求吗?

实际上,这一结果也正是研究人员预测之中的,不难看出 T-SBM 能够准确地捕获神经元网络随时间变化而产生的差异。

与普通感冒有本质不同,流感是一种急性呼吸道传染病,发热和全身症状更为明显,严重危害人群健康。流感病毒容易变异,在学校、托幼机构和养老院等人群聚集的场所可发生暴发疫情。每年流感在全球可导致300万~500万重症病例,29万~65万呼吸道疾病相关死亡。孕妇、婴幼儿、老年人和慢性基础疾病患者等高危人群,患流感后出现严重疾病和死亡的风险较高。而且由于流感病毒易发生变异,疫苗接种的免疫力会随时间推移逐渐减弱,因此流感疫苗需要每年接种。

这次地震,是2006年7月4日河北文安5.1级地震之后河北省内发生的最大震级地震,华北地区近些年最大震级地震。据统计,近五年来河北共发生三级以上地震24次,其中3.0—3.9级18次,4.0—4.9级5次,5.0—5.9级1次,最大地震就是本次地震。

基于此,研究团队开发了一种三维芯片大脑(brain-on-a-chip),即一种三维柔性微电极阵列(3DMEA),旨在实现性能、便捷性以及与现有商业电生理仪器的兼容性。

当天一则“唐山建设路被震出裂缝”的视频在网络广泛传播,记者从唐山市城管局了解到,技术人员第一时间赶赴现场进行勘察,经核实,现场道路平整、无裂缝,通行正常,“地震后路面隆起、严重裂缝”系谣言。视频中显示的阴影系之前对道路进行日常灌缝养护留下的痕迹,不影响道路质量安全。

检测采集点设在上述片区内,工作人员将上门通知。请居民朋友以及写字楼、商户、工地人员积极配合防控工作,在现场工作人员引导下,有序前往各采集点进行核酸采样,并加强个人日常防护措施,如有不适请及时就近到发热门诊就诊。

如何补上接种“鸿沟”

张和平表示,今年赛诺菲巴斯德计划批签发880万剂流感疫苗供应中国市场。

不过,「三维体外模型」是一种研究细胞-细胞、细胞-细胞外基质相互作用的系统。想研究这之间的相互作用,就要利用组织环境中的空间、机械、化学线索,而这在传统的二维模型中是行不通的。

8月16日,龙岗区新冠病毒肺炎疫情防控指挥部办公室发布通告:

专家建议今年秋冬季流感疫苗扩大接种范围,并做好产能相关预案保证供应。从长远看,我国还应加大力度推进流感疫苗新型技术路线探索,提高生产周期的灵活度。

·我国流感疫苗接种率今年预计会达到4%,对整个人群的保护而言仍不充分

受访专家认为,在全球新冠肺炎疫情流行背景下,普通公众今年更有必要接种流感疫苗。

为严格落实疫情常态化防控“应检尽检”要求,进一步开展流行病学调查和潜在风险筛查,从8月15日起,对罗芳水产市场周边片区居民全面开展核酸检测大排查。在完成第一阶段排查工作的基础上,从8月17日起,启动第二阶段排查。具体范围如下:

9月29日,国务院联防联控机制综合组发布2020版的《全国流感防控方案》(下称《方案》)。这是我国连续第三年发布全国流感防控方案。该《方案》提出,接种流感疫苗是全球公认的防控流感的有效手段。

体外模拟人脑实现了重大进展。

其实现过程为:首先通过 3DMEA 捕获、收集神经元网络在交流时产生的电信号,然后将数据作为教学工具,将图论中标准的随机块模型(SBM,复杂网络群体结构建模的重要工具)与一个包含机器学习组件的高斯过程(Gaussian Process, GP)概率模型相结合,时间随机块模型(T-SBM)得以创建。

一、东深供水廊道以东,猫窝岭山以西,沙湾河、深圳河以北,新秀路以南。

每年11月至次年3月是流感高发期。近期,包括北京、浙江、甘肃等地的全国多个地区已开展流感疫苗接种工作。新冠肺炎疫情之下,流感疫苗要不要打?产能充足吗?如何补上接种“鸿沟”?带着这些公众高度关注的秋冬流感疫苗问题,《瞭望》新闻周刊多方采访业内人士。

为证明 3DMEA 的实用性,研究人员将由人诱导多能干细胞(hiPSC)衍生的神经元和星形胶质细胞(astrocytes)作为培养物包裹在基于胶原的水凝胶中,并接种到 3DMEA 上,使悬浮细胞在基质中得到培养。

T-SBM 已被用于三个数据集——培养复杂性、细胞外基质(ECM,生长在细胞表面的蛋白质)和来自大脑不同区域的神经元。

唐山市消防救援支队指挥中心则在第一时间调派人员装备赶赴震中,支队重型、轻型地震队迅速集结。记者跟随消防救援人员在震中区域的古冶区卑家店镇前巍峰山村走访时了解到,经历两轮摸排,当地没有房屋开裂,也没有群众被困情况,交通、通信、供水、供电、供气等情况一切正常,群众生活秩序良好。

第一,做好地区间疫苗调配平衡与产能短时补足预案。受访人士建议,国家相关部门可搭建完善流感疫苗供需对话平台,建立供需联动机制,让企业能提前准备生产计划,“提前下订单”是一个可以有效保证供应的手段。“英国、美国、德国、法国等国均已建立预订购系统,提前7至10个月预订次年流感季所需疫苗。”一家疫苗生产企业负责人表示。

国家药监局相关负责人表示,今年流感疫苗已经采取措施满足供应,疫苗生产和批签发的数量比往年均有较大增幅,只是在不同地区之间的数量平衡上还需加强调度,接下来批签发的数量会根据发病情况、需求情况、疾控跟疫苗生产企业的合同情况及时动态调整,在确保产品质量安全的基础上,确保疫苗生产企业能够充分备货、提前做好预案和筹备。

专家介绍,由于我国位于世界两大地震带――环太平洋地震带与欧亚地震带之间,地震主要分布在五个区域:台湾省、西南地区、西北地区、华北地区、东南沿海地区和23条地震带上,而唐山位于三条地震带的交汇处,地震概率偏高,地震级别也偏高。

·接种流感疫苗后需2~4周后才可产生具有保护水平的抗体,为保证受种者在流感高发季节前获得免疫保护,建议公众在当地流感疫苗上市后尽快接种

国家卫生健康委疾控局副局长吴良有在新闻发布会上表示,今年国家卫健委已要求各地增设疫苗接种点,提早启动疫苗预约接种,延长疫苗接种周期,增加每日服务的时间,确保为群众提供更加便利的服务。

如果在房间内遇到地震,应尽快选择承重墙根、墙角或是有水管和暖气管道等处躲避或蹲下或坐下,保护好头部。如果在影剧院、体育馆等公共场所遇到地震。要沉着冷静,特别是当场内断电时,不要乱喊乱叫,更不要乱挤乱拥,应就地蹲下或躲在排椅下,注意避开吊灯、电扇等悬挂物,用皮包等物保护头部,等地震过后,听从工作人员指挥,有组织地撤离。

几个月后,在 3DMEA 的基础之上,劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家们又开发了一种对在 3DMEA 上逐渐生长、成熟的神经元群落的活动和结构建模的方法,旨在帮助广大科研人员攻克影响大脑的毒素或疾病(如癫痫病)。

从 3DMEA 获得的数据可以为科学研究提供信息。在不需要动物模型的情况下,可为暴露于化学生物制剂、模拟疾病感染、评估环境毒性或研发药物的研究人员制定对策。同时,我们致力于在 3DMEA 上复制人体系统,希望未来研发的设备更适用于人类,甚至取代动物测试。

可以说,三维模型是超越二维芯片脑平台的重要一步,因为在三维模型中,科学家们能够更为全面地复制人脑的生理功能,也能更好地了解大脑的功能和那些对大脑产生刺激等影响的化学物质。

每日经济新闻综合自深圳发布、南方都市报

龙岗区8月1日至8月14日到过罗湖水贝盒马鲜生超市或在该超市购买过物品的市民朋友,于8月16日-8月18日(上午8:30-11:30,14:00-20:00)到就近的核酸检测点进行免费核酸采样检测。

很明显,这是替代动物实验的一个好方法,研究人员也表示:

首阶段范围包括:东至猫窝岭山,西至罗芳路,北至靖轩花园,南至延芳路,以及新秀工业区。

从疫苗来源看,流感疫苗品种每年由世界卫生组织(WHO)预测流感情况后发放毒株,由企业根据当年毒株组织生产。和往年比,WHO公布的北半球四大流感毒株已有三株发生变异,企业需要根据这些变异的毒株生产新的疫苗。记者采访多家疫苗生产企业后了解到,疫情下,企业收到毒株和标准品的时间均受到一定影响。

我国医药龙头企业国药集团国药控股股份有限公司党委书记于清明告诉记者,今年受新冠肺炎疫情影响,民众接种流感疫苗意愿普遍增强、疫苗销量大幅提高。目前,国药集团中国生物旗下的长春生物、上海生物等企业已生产流感疫苗约700万剂次,为避免市场出现“一苗难求”的供应短缺情况,企业正加紧车间改造、扩大产能。

从8月15日起,对罗芳水产市场周边片区居民全面开展核酸检测大排查。

3DMEA 大致的制作过程是:在玻璃基板上精密加工聚酰亚胺(Polyimide,综合性能最佳的有机高分子材料之一)探针阵列,先利用机械驱动的方式将阵列整体提升到垂直位置,再依靠座铰的塑性变形保持垂直对齐。

目前而言,神经动作电位的电生理记录一般要通过二维微电极阵列(multi-electrode array,MEA),这是一种既常见又可信的评估神经功能、网络通信、生化制剂反应的方法。相比之下,三维体外神经元网络用于测量电生理活动的情况较少。

普通公众要不要接种流感疫苗

相比以前的方法,T-SBM 的独特之处就在于对神经元生长的时间动态建模。借助这一方法,研究人员可以了解神经群落的结构、进化方式以及在不同实验条件下结构的变化方式。

【确保快速致动阵列探针的装置】

中国疾病预防控制中心近期印发的《中国流感疫苗预防接种技术指南(2020—2021)》特别提示:今年全球新冠疫情严重流行态势仍将持续,接种流感疫苗是预防流感最有效的手段,既可以显著降低接种者罹患流感和发生严重并发症的风险,又可以减少流感相关疾病带来的危害及对医疗资源的占用。

唐山古冶区12日的5.1级地震前,网上一些“小伙伴”通过社交媒体反映曾通过电视、手机等终端收到地震预警信息。据成都高新减灾研究所微博消息,该所与防震减灾部门建设的大陆地震预警系统成功预警唐山5.1级地震,并于地震发生前向开通地震预警用户提前发出预警信息。

不难看出,3DMEA 平台创建的意义在于无创监测人类三维神经元培养物的电生理活性。研究人员表示:

第二,完善国内流感疫苗大范围接种预案。专家建议推进高风险地区、高风险人群免费接种,中国疾控中心指南规定的各类重点人群优先接种,同时分时段、分地区有序做好国内多地疫苗接种安排。

作为美国著名国家实验室之一的 LLNL 隶属于美国能源部国家核安全局(NNSA),1952 年(冷战白热化阶段)由诺奖得主、加州大学伯克利分校物理学教授 Ernest Orlando Lawrence 和氢弹之父、理论物理学家 Edward Teller 共同建立。

3DMEA 可容纳 256 通道的记录或刺激,记录动作电位峰值和脉冲活动的时间至少达到 45 天,支持数十万人类神经元生长。3DMEA 包含三组阵列,每个阵列中有 80 个电极分布在 10 个柔性聚合物探针上,研究人员一次可进行三个独立实验,同时监视不同位置的神经活动。

实际上,美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory,LLNL)也做了一项努力——开发一款 3D 芯片大脑(brain-on-a-chip),捕获体外培养活体脑细胞的神经活动。不仅如此,他们还在这款三维芯片大脑基础上建模,方便对体外脑芯片上形成的神经元网络进行分析。

此前深圳曾发布通告:

受访专家表示,我国流感疫苗接种率依然有较大提升空间。中国医学科学院-北京协和医学院群医学及公共卫生学院执行副院长冯录召表示,我国流感疫苗接种率每年在2%至3%,今年预计接种率会达到4%,但这对整个人群的保护而言仍不充分。

此次地震损失情况如何

据专家介绍,地震预警利用电波比地震波快的原理,在主要地震区布设密集的烈度仪,在破坏性地震波到达之前给目标发出警报,群众据此及时避险可以减少伤亡。当遇到有感地震发生时,应首先保持冷静,做好自我保护,认真观察情况,采取有效措施,科学高效避险。

从8月15日起,以水贝盒马鲜生超市所在的IBC大厦为中心划定圈层,对周边片区居民全面开展核酸检测大排查。

在 LLNL 官网可以看到,其主要责任是研发包括核武器在内的美国国防科技,确保美国核力量的安全和可靠性。然而 LLNL 的任务不限于此,从核扩散、恐怖主义到能源短缺、气候变化等,都属于 LLNL 的关注领域。

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仅包含神经元细胞的培养物的数据;以及 将神经元与其他类型脑细胞混合的培养物的数据。

为什么是三维,不是二维?

罗湖区新冠病毒肺炎疫情防控指挥部办公室

如果在户外遇到地震,可以选择开阔区域避震,趴下或蹲下,保护好头部,注意观察,避开危险之处。如果在公共场所遇到地震,应沉着冷静,不要惊慌,先暂时躲避,有序撤离,撤离的过程中注意保护头部。

尽管面临这些不利条件,我国今年流感疫苗与2018年、2019年的供应量相比仍有较大幅度增长。