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第6章 從安徽桐城縣走出來的中科院院士着名生物物理學家程和平(第3頁)

他的深厚學術背景、卓越科研成就、強烈愛國情懷以及持續的學術追求和創新精神,共同構成了他成功的基礎。

院士科研之路

程和平院士是我國着名的細胞生物學與生物物理學家,早在1993年,程和平院士在鈣信号研究方面,就發現并命名細胞鈣信号的基本單位—“鈣火花”(calciumSparks)。

所謂的“鈣火花”,是指細胞内的鈣信号的基本單位,鈣火花是細胞内鈣離子濃度瞬時、局部升高的現象,它反映了細胞内鈣離子釋放和調控的微觀過程。

程和平院士還揭示鈣火花的産生與調控機理,并且深入研究了鈣火花,在各種可興奮性及非興奮性細胞中的生物學功能。

據程和平院士的研究發現,鈣火花主要由細胞内質網(ER)上的鈣離子通道釋放産生。

當這些通道開放時,鈣離子從ER迅速流入細胞質,形成局部高濃度的鈣離子區域。

程和平院士的研究顯示,鈣火花的産生和持續時間受到多種因素的調控,包括鈣離子通道的活性、ER的鈣離子儲備量以及細胞質中的鈣離子緩沖能力等。

在可興奮性細胞中,如心肌細胞和神經細胞,程和平院士的研究發現,鈣火花對于觸發動作電位、傳遞神經信号以及調控肌肉收縮等生理功能至關重要。

在非興奮性細胞中,程和平院士的研究發現,鈣火花同樣發揮着重要的作用,參與細胞增殖、分化、凋亡以及細胞間信号傳遞等過程。

通過對鈣火花産生與調控機理的研究,以及鈣火花在各種細胞中的生物學功能的深入探讨,程和平院士為開發新的藥物和治療策略提供了理論依據,對于治療與鈣信号異常相關的疾病具有重要意義。

“超氧炫”是程和平院士在細胞活性氧信号研究領域的又一重大發現。

為了深入探究細胞内的活性氧信号,程和平院士巧妙地設計了一種新型熒光蛋白超氧探針,這一探針能夠在細胞環境中準确地識别并報告超氧離子的動态變化。

利用這種創新的工具,程和平院士成功地建立了表達超氧探針的轉基因動物模型,為直接在活體動物中進行顯微成像研究奠定了基礎。

通過對這些轉基因動物的顯微成像,程和平院士和他的團隊觀察到了一種驚人的現象:在單個線粒體中,超氧離子濃度會突然爆發性地增加,程和平院士将這種現象命名為“超氧炫”。

超氧炫的産生,可能是由線粒體内部某種特定的代謝過程或環境變化所觸發的,它反映了線粒體,在應對不同生理或病理條件下的反應機制。

超氧炫的發現,為科研人員理解線粒體,在細胞内的角色提供了新的視角。

因為線粒體不僅是細胞的“能量工廠”,而且還參與了細胞内的多種信号轉導過程。

超氧炫可能是線粒體在信号轉導過程中的一個重要環節,它可能參與調控細胞的多種生理功能,如代謝、增殖、凋亡等。

此外,超氧炫的發現,也為疾病的治療提供了新的思路。

因為超氧離子與多種疾病的發生和發展密切相關,如心血管疾病、神經退行性疾病等。

因此,通過調控超氧炫的産生和調控,可能為我們提供新的治療策略。

總的來說,程和平院士發現的“超氧炫”現象,不僅為科研人員理解細胞内的活性氧信号提供了新的視角,而且也為疾病的治療提供了新的可能。

這一發現無疑将推動細胞生物學和生物醫學領域的發展,為人類健康事業做出重要貢獻。

2017年,程和平院士所領銜的跨學科團隊,通過一系列精心設計和創新實踐,成功實現了雙光子顯微鏡核心部件的微型化,這一成果堪稱生物醫學成像領域的一次重大突破。

傳統的雙光子顯微鏡,由于體積龐大、重量沉重,往往限制了其在活體動物研究中的應用。

這種顯微鏡通常重達幾百公斤,難以移動,更無法用于自由活動的小動物觀測。

然而,程和平院士的團隊深刻認識到這一局限性,并決心通過技術創新解決這一問題。

他們首先對雙光子顯微鏡的核心部件進行了深入的分析和研究。

通過精心設計和優化,他們成功地将這些部件進行微型化,使其尺寸大幅縮小,重量大幅減輕。

最終,原本笨重的顯微鏡核心部件被縮減至僅2.2克的輕巧體積,極大地提高了其便攜性和可用性。

不僅如此,程和平院士的團隊還進一步思考,如何将這一微型化核心部件應用于自由活動的小鼠身上。

他們設計了一種特殊的頭戴式裝置,将微型化核心部件巧妙地集成其中。這種裝置不僅輕巧,而且舒适,不會對小鼠的正常活動造成任何幹擾。

通過這種方式,團隊成功地将雙光子顯微鏡的核心部件,變成了可被自由活動的小鼠戴在頭上的觀測利器。

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