複雜動力系統的降維

2021-01-09 澎湃新聞
複雜動力系統的降維

2021-01-08 16:30 來源：澎湃新聞·澎湃號·湃客

原創 Cell Press CellPress細胞科學 

交叉學科Interdisciplinary

iScience（《交叉科學》）

是Cell Press細胞出版社旗下

交叉學科開放獲取期刊，

iScience中國編輯李健與張甜甜

每周都會為大家推薦優秀論文，

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複雜動力系統的降維

複雜科學與工程領域的一個突出問題是研究高維網絡系統及其由於外部驅動因素或結構特性變化而向非期望狀態轉變的敏感性。由於控制這類複雜系統狀態的參數數量之多令人咋舌，以及其組成成分的非均質性，研究它們的動力學極其困難。雲南大學屠澄軼博士聯合美國加州大學伯克利分校Paolo D』Odorico教授、義大利帕多瓦大學Samir Suweis教授團隊提出了一個解析框架，將複雜N維網絡系統分解為S+1維流形，它是S << N的有效控制參數的函數。研究組在各種現實世界的複雜問題上測試他們的方法，展示這個新框架如何近似系統對變化的響應，並正確識別參數空間中與系統變化相對應的區域。該工作提供了一種分析方法來評估網絡系統設計或管理中的最優策略。

多約束策略誘導氮摻雜納米多孔石墨烯膜分離稀土

稀土分離仍然是膜科學的一個重大挑戰。氮摻雜納米多孔石墨烯（NDNG）是一種很有前途的膜分離材料，但它在稀土分離方面尚未得到測試，且受到多配合物合成的限制。中科院蘭州化學物理研究所邱洪燈研究員團隊開發了一種一步、簡單且可擴展的方法，利用約束燃燒合成具有可調孔徑和可控氮含量的NDNG。在苯丙氨酸吸附氧化石墨烯（GO）層間通過約束生長形成Zn(NO3)2的納米多孔水滑石，從而製備三明治結構水滑石/苯丙氨酸/氧化石墨烯複合材料。隨後，利用水滑石納米孔的區域限制燃燒蝕刻石墨烯納米孔，水滑石夾層作為封閉的平面納米反應器誘導二維空間限制平面氮摻雜到石墨烯中。NDNG製備的膜通過吡咯-N的選擇性靜電相互作用，實現了Sc3+與其他稀土離子的分離，分離選擇性良好(∼3.7)，對Tm3+/Sm3+的分離選擇性為∼1.7。

研究免疫—腫瘤細胞相互作用和免疫治療的工程方法

美國麻省理工學院Roger D. Kamm團隊發表最新綜述文章，回顧了近年來利用先進的三維體外模型和工程學方法研究免疫細胞在腫瘤微環境（TME）中作用的總體進展。TME可以阻礙免疫系統有效地根除腫瘤細胞，但免疫療法在某些情況下已經能夠逆轉這一效果。然而患者的個體療效差異表明，我們需要更深入地了解免疫細胞和腫瘤細胞之間的機制相互作用，以提高療效，開發新療法。使用工程3D模型重建TME可以對細胞相互作用進行高解析度觀察，同時還可以控制缺氧、基質僵硬和血流等條件。此外，患者衍生的器官模型是預測藥物療效的一種新興工具。本綜述強調了模擬和理解免疫TME的重要性，並介紹了用於識別新的生物靶點、藥物測試和個性化藥物策略的新工具。

單一突觸穀氨酸成像顯示哺乳動物突觸的多水平釋放模式調節

哺乳動物中樞突觸在信號強度上表現出巨大的異質性。為了了解這種多樣性的程度、實現方式、功能含義，需要對大量單個突觸進行表徵。德國馬克斯·德爾布呂克分子醫學中心Andrew Woehler團隊發表最新研究，利用穀氨酸成像，表徵了超過24000個單個突觸的誘發釋放概率和自發釋放頻率。研究者發現在動作電位誘發的突觸釋放強度和自發突觸釋放強度之間存在顯著的變異性，並且沒有相關性，這表明了二者為不同的調控機制。單個誘發和自發釋放事件的亞像素定位揭示了誘發釋放的緊密空間調節和誘發釋放區域外的增強自發釋放。通過對囊泡相關蛋白、Ca2+敏感蛋白和可溶性突觸前蛋白的免疫標記，研究者能夠證明不同的分子系綜與突觸釋放的誘發和自發模式有關。

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