机器学习预测临床试验中药物副作用

早期和准确检测副作用对于正在开发药物的临床成功至关重要。为了预测随机对照临床试验中发现的具有少量副作用的药物的未知副作用，研究者开发了机器学习框架——几何自我表达模型（GSEM），能从药理学图网络中学习药物和副作用的全局最优自我表示。他们展示了GSEM在505种不同治疗药物和来自多种人体生理系统的904种副作用上的有效性。此外，他们还展示了一种数据集成策略，可以用来提高副作用预测模型的能力，以识别可能只在药物进入市场后才会出现的未知副作用。

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STReTCh：一种轻松检测细胞中蛋白质机械力的策略

许多蛋白质将机械力作为其细胞功能的一个组成部分来体验并响应机械力，但测量这些力仍然面临着实际挑战。在这里，研究者展示了一种紧凑的11 kDa分子张力传感器，称为STReTCh（反应性标签表征传感张力）。与现有的基因编码张力传感器不同，STReTCh不依赖于实验要求的基于Förster共振能量转移（FRET）的测量，并且与典型的固定和染色协议兼容。使用磁性镊子测定，研究者校准了 STReTCh模块并表明它对生理相关的皮牛顿力做出响应。作为概念验证，他们使用基于细胞外STReTCh的传感器来可视化基于整合素的粘附复合物的细胞生成力。另外，在长春花蛋白（一种细胞骨架衔接蛋白）中加入STReTCh，结果表明STReTCh报告了细胞骨架和细胞粘附复合物之间传递的力。以上数据说明了STReTCh作为测量生物系统中分子尺度力的广泛适用工具的实用性。

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使用等离子增强FluoroDOT测定在单细胞水平上对蛋白质分泌进行高分辨率成像

分泌蛋白调节基本的生理过程。使用传统的检测方法，绘制单细胞分泌蛋白质的空间分布、研究分泌中细胞间异质性、检测低丰度或初期分泌的蛋白质非常具有挑战。本文中，研究者介绍了“FluoroDOT 检测”，它使用超亮纳米粒子等离子体荧光，可以对蛋白质分泌进行高分辨率成像。他们发现，与传统荧光标记相比，等离子体荧光的亮度提高了16,000倍，信噪比提高了近30倍。此外，他们展示了不同分泌细胞因子的高分辨率成像，在单丛和光谱多路荧光斑点试验中，同时分泌多种蛋白质的细胞异质性。通过使用多样化的生化刺激，包括结核分枝杆菌感染，以及多种免疫细胞，如巨噬细胞、树突状细胞（DCs）和DC-T细胞共培养，研究者证明了该测定方法通用、简便，增强了对单细胞分泌组时空动态的生物学理解。

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组织中不同分子靶标的快速3D-STORM成像 

精细的分子结构对于神经系统和其他生物功能至关重要。可及性、通量及组织相容性的增强将有助于这些纳米级结构的可视化。本文中，研究者报告了RAIN-STORM，一种快速且可扩展的纳米级成像方法，可实现组织内多个亚细胞和细胞内目标的三维纳米级目标可视化。RAIN-STORM使用常规组织样本、优化配方的现成试剂，不需要专门的样本处理，并且适用于商业仪器。为了说明RAIN-STORM定量高分辨率纳米组织成像的能力，研究者利用了组织良好、结构复杂的视网膜，证明了RAIN-STORM快速且多功能。对20多个不同目标的3D纳米级成像揭示了突触、神经元、神经胶质和血管已有的和新的纳米级特征。此外，样品制备速度很快，从组织到图像的时间仅为1天，成像参数与生物结构范围内的各种组织来源和分子靶标兼容。实验结果表明，该方法可以应用于临床衍生的样本，并揭示人类样本中分子靶标的纳米级分布。综上，RAIN-STORM能够对一系列分子进行快速3D成像，为高通量研究来自不同完整组织中的纳米级分子特征铺平了道路。

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光谱纤维光度法推导出血红蛋白浓度变化，以准确测量荧光传感器的活性

光纤光度法是一种用于记录大脑中荧光传感器活动的新兴技术。然而，纤维光度数据中显著的血红蛋白吸收伪影可能会被误认为传感器活动的变化。由于血红蛋白几乎广泛存在于大脑且其浓度随时间而变化，因此此类伪影可能会影响许多光度记录结果的准确性。本文中，研究者提出了光谱光度测量技术的新用途以及通过使用与活动无关的荧光信号来量化光子吸收效应的计算方法，该荧光信号可用于推导氧和脱氧血红蛋白浓度的变化。虽然这些血红蛋白浓度变化与快速反应的荧光峰值相比在时间上延迟，但他们发现在检查药理学引起的持续活动变化时可能会出现错误的解释，并且在某些情况下血红蛋白吸收可能会翻转GCaMP信号极性。研究者提供了基于血红蛋白的校正方法来恢复光谱中的荧光信号，并将得到的结果与常用的回归方法进行比较。此外，文中还展示了光谱光纤光度法描绘血流动力学反应功能中大脑区域差异的应用。

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DIPA-CRISPR是一种简单易用的昆虫基因编辑方法 

当前的昆虫基因编辑方法需要将材料显微注射到早期胚胎中，这严重限制了基因编辑对大量昆虫物种的应用，特别是那些生殖系统无法获得早期胚胎进行注射的昆虫。为了解决上述问题，研究团队开发了一种新的方法——直接亲本CRISPR（DIPA-CRISPR），将CRISPR组份以核糖核蛋白（RNP）的形式（Cas9蛋白+sgRNA）直接注射到成年雌性蟑螂的主体腔中，成功在22%的孵化卵中引入了可遗传基因突变。重要的是，当前的昆虫基因编辑方法需要将材料显微注射到早期胚胎中，这严重限制了基因编辑对大量昆虫物种的应用，特别是那些生殖系统无法获得早期胚胎进行注射的昆虫。可以直接用于DIPA-CRISPR，这使得该方法具有很高的实用性和可行性。DIPA-CRISPR可以在蟑螂中进行高效的基因编辑，以及在模型甲虫Tribolium castaneum中应用。由于其简单性和可及性，DIPA-CRISPR将极大地扩展基因编辑技术在多种昆虫中的应用。

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多色超分辨率成像研究细胞感染过程中的人类冠状病毒RNA 

严重急性呼吸综合症冠状病毒2（SARS-CoV-2）是20年以来第三种引起疾病的人类冠状病毒，也是第一种达到大流行传播的冠状病毒。为了对当前和未来的冠状病毒取得治疗进展，必须准确了解感染过程中冠状病毒RNA的生物学特性。本文中，研究者提出了一个强大且可推广的框架，结合高通量共聚焦和超分辨率显微镜成像来研究纳米尺度的冠状病毒感染。使用模型人类冠状病毒HCoV-229E，研究者通过多色RNA-immunoFISH特异性标记冠状病毒基因组RNA（gRNA）和双链RNA（dsRNA），并可视化它们在细胞内的定位模式。该方法以10 nm分辨率揭示了gRNA和dsRNA惊人的空间组织呈三个不同的结构，并能够定量表征抗病毒药物治疗后的感染状态。综上，该方法提供了一个全面的成像框架，支持对冠状病毒基础生物学和治疗效果的研究。

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液滴微流控实现菌群中靶向菌株的免培养基因组测序 

本文中，研究者报告了一种液体微流控方法，无需培养即可实现直接从复杂的微生物组样本中靶向分选单个细胞和批量全基因组测序。研究者通过以低至1:250的比例将细菌添加到人类粪便样本中，并成功地将内源性普通拟杆菌（Bacteroides vulgatus）富集到从头组装高质量基因组所需的水平来表征这种方法。尽管生物医学应用对微生物菌株的需求越来越大，但绝大多数物种和菌株都是未经培养的，没有参考基因组。为解决这一问题，研究者通过将复杂的微生物组样品直接封装到微流体液滴中，并使用定制的分子TaqMan探针放大目标特异性基因组片段。通过液滴分选分离这些阳性液滴，选择性地富集单个目标菌株。综上，本文提出了一种纯化基因组DNA的方法，同时特异性去除扩增子和细胞碎片以进行高质量的基因组测序。

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