2024年4月4日，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院醫(yī)藥所退行性中心阮長順團隊在Nature Communications在線發(fā)表題為“Gradient matters via filament diameter-adjustable 3D printing”的研究性工作。該研究通過定制3D打印運動軌跡上的打印速度和打印高度，實現(xiàn)擠出3D打印纖維直徑的精準控制，革新均勻纖維堆積的傳統(tǒng)模式，實現(xiàn)梯度多孔結(jié)構(gòu)的精準制造，為異質(zhì)器官仿生構(gòu)建提供新策略。原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-47360-y擠出式3D打印為最常見的3D打印技術(shù)，具有高適用性，廣泛應(yīng)用于類器官體外制造與組織工程等前沿領(lǐng)域。然而，傳統(tǒng)擠出3D打印采用平行切片方法，其在層內(nèi)打印時保持恒定的打印速度V和打印高度H，沉積形成的纖維直徑也保持恒定，嚴重限制了其設(shè)計制造復(fù)雜梯度多孔結(jié)構(gòu)（如圖1a,b）。為了突破傳統(tǒng)3D打印策略的限制，研究團隊基于體積守恒定律，通過定制運動軌跡上的打印速度和打印高度，實現(xiàn)各處纖維直徑的精準控制，提出FDA-3DP（filament diameter-adjustable 3D printing）新策略（如圖1c,d）。圖1. 傳統(tǒng)3D打印策略vs. FDA-3DP（filament diameter-adjustable 3D printing）新策略。為了證明該策略的有效性，研究團隊在10mm尺寸的立方體內(nèi)設(shè)計制造了水平梯度多孔結(jié)構(gòu)（如圖2）。通過將打印軌跡與目標梯度相融合實現(xiàn)可控直徑纖維的單層定制，并為了避免潛在的局部塌陷，提出固定直徑纖維補償機制（如圖2f-i）。進而搭建“設(shè)計-制造”工作流程，重寫制造代碼G-codes，實現(xiàn)梯度多孔結(jié)構(gòu)的擠出3D打印制造。Micro-CT重建數(shù)據(jù)證明通過該策略制造的水平梯度多孔結(jié)構(gòu)與設(shè)計梯度模型的孔尺寸分布存在一致性（如圖1d-iv）。圖2. FDA-3DP新策略設(shè)計和制造梯度多孔結(jié)構(gòu)。我們提出的FDA-3DP新策略突破了傳統(tǒng)擠出3D打印技術(shù)難以加工復(fù)雜梯度多孔結(jié)構(gòu)的難題，在組織工程與器官體外仿生制造（如骨、軟骨、血管）、4D打印等應(yīng)用場景進行了驗證（如圖3），有望為器官仿生構(gòu)建提供新策略。圖3. FDA-3DP應(yīng)用探索。中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院阮長順研究員和哈爾濱工業(yè)大學(xué)韓振宇教授為論文共同通訊作者，課題組屈華偉博士后/助理研究員為論文第一作者，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院潘浩波研究員、呂維加研究員和劉志遠研究員對文章工作中做出重要貢獻，課題組劉開政副研究員和高崇健碩士參與論文部分研究工作。該研究獲得國家自然科學(xué)基金委優(yōu)青及面上項目、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進委員會優(yōu)秀會員、博士后面上項目等多個基金的支持。<!--!doctype-->
免疫檢查點阻斷療法（ICB）為癌癥治療帶來了革命性的變化，但由于腫瘤免疫抑制微環(huán)境中T細胞浸潤不足、耗竭和失活，ICB療法僅對部分患者有效。臨床上，ICB療法需要高頻次、大劑量給藥，存在免疫響應(yīng)率低和脫靶效應(yīng)等缺陷，嚴重限制了其臨床適用性。因此，構(gòu)建一種安全、高效的新型生物活性精準遞送系統(tǒng)，持續(xù)克服PD-1/PD-L1免疫檢查點抑制、促進效應(yīng)T細胞的增殖和抗腫瘤活性仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。近日，中國科學(xué)院深圳先進院技術(shù)研究院蔡林濤研究員團隊和南昌大學(xué)陳廷濤研究員課題組合作在Cell 旗下知名刊物Cell Reports上線發(fā)表了題為“T cell cascade regulation initiating systemic antitumor immunity through living drug factory of anti-PD-1/IL-12 engineered probiotics”的研究成果。該研究介紹了一種納米工程益生菌“活藥物工廠”，它能夠在體內(nèi)持續(xù)生物合成anti-PD-1抗體以緩解T細胞免疫抑制，同時能腫瘤微環(huán)境響應(yīng)釋放IL-12激動劑，有效促進T細胞的活化、增殖和浸潤，從而為免疫檢查點阻斷提供了充足的免疫靶點（激活閾值），并通過對T細胞的“松剎車＋踩油門”實現(xiàn)其對腫瘤微環(huán)境的免疫級聯(lián)調(diào)控與精準高效治療。文章上線截圖原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2024.114086研究發(fā)現(xiàn)，納米工程益生菌通過IL-12納米激動劑顯著促進T細胞的浸潤、增殖和活化，并激活足夠的效應(yīng)T細胞靶點以增強anti-PD-1抗體介導(dǎo)的ICB治療。然而，這一策略觸發(fā)了一系列緩解和激活分子事件，這些事件能夠重新激活耗竭的T細胞，從而實現(xiàn)全身性抗腫瘤應(yīng)答。更重要的是，IL-12介導(dǎo)的T細胞活化和增殖觸發(fā)IFN-γ分泌，進而上調(diào)腫瘤細胞PD-L1的表達。針對這一矛盾問題，工程益生菌通過生物合成anti-PD-1顯著減少了PD-1暴露，從而阻止上調(diào)的PD-L1通過與PD-1/PD-L1結(jié)合而發(fā)揮抑制活性，因此IL-12與anti-PD-1級聯(lián)調(diào)控機制成功克服了實體瘤免疫逃逸與免疫抑制效應(yīng)。此外，與商業(yè)化抗體相比，腫瘤靶向和定植的納米工程益生菌可顯著增加anti-PD-1 和 IL-12 的腫瘤局部積累，以高出 3 倍的根治率顯著抑制腫瘤的生長和原位轉(zhuǎn)移。單細胞質(zhì)譜流式（CyTOF）分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，anti-PD-1/IL-12 能有效降低T細胞的PD-1暴露和CD25的表達級聯(lián)促進T 細胞浸潤和抗腫瘤活性，并以效應(yīng) CD8+ T 細胞依賴的方式根除了免疫難治型腫瘤。納米工程益生菌“活藥工廠”通過對 T 細胞級聯(lián)調(diào)控恢復(fù)和激活了全身抗腫瘤免疫，并深入解析了免疫檢查點封閉和細胞因子激活的免疫級聯(lián)調(diào)控機制，實現(xiàn)效應(yīng)T細胞從耗竭向免疫激活的范式轉(zhuǎn)變。綜上，這種基于生物“活藥工廠”的靶向免疫治療策略有效解決了ICB治療的免疫響應(yīng)率低、持續(xù)性差等關(guān)鍵科學(xué)難題，在未來腫瘤生物免疫治療領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的臨床應(yīng)用潛力。中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院蔡林濤研究員、潘宏副研究員、鄭明彬研究員與南昌大學(xué)陳廷濤研究員為論文通訊作者，廖健洪博士為論文第一作者，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院為論文第一單位。該研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、廣東省重點領(lǐng)域研發(fā)計劃、廣東省自然科學(xué)基金、深圳市科技計劃與深圳市醫(yī)學(xué)研究專項等多個項目的大力支持與幫助。納米工程益生菌“活藥工廠”的免疫級聯(lián)調(diào)控機制及其抗腫瘤治療研究示意圖<!--!doctype-->
中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站王克林研究員團隊在我國西南喀斯特地區(qū)歷史人類擾動及森林演變方面取得重要進展，相關(guān)研究成果近期以“Maize Cultivation Three Hundred Years Ago Triggered Severe Rocky Desertification in Southwest China”為題發(fā)表在國際地學(xué)領(lǐng)域知名期刊Earth’s Future上。中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站王克林研究員團隊在我國西南喀斯特地區(qū)歷史人類擾動及森林演變方面取得重要進展，相關(guān)研究成果近期以Maize Cultivation Three Hundred Years Ago Triggered Severe Rocky Desertification in Southwest China為題發(fā)表在國際地學(xué)領(lǐng)域知名期刊Earth’s Future上。以造林為核心的森林景觀恢復(fù)（Forest Landscape Restoration）是“波恩挑戰(zhàn)”和“聯(lián)合國生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)十年”等國際生態(tài)恢復(fù)計劃的共同目標，但造林并不等于恢復(fù)，以樹為核心的恢復(fù)可能會導(dǎo)致錯位修復(fù)、甚至原有完整生態(tài)系統(tǒng)的破壞。大規(guī)模生態(tài)保護與修復(fù)下，我國西南喀斯特地區(qū)已成為全球 “變綠”的熱點區(qū)之一，但可溶性碳酸鹽巖脆弱地質(zhì)背景制約“變綠”的可持續(xù)性，過去20多年大規(guī)模人工造林與自然封育下，依然存在部分喀斯特地區(qū)難以自然恢復(fù)成森林景觀、造林也難以成林。了解歷史時期區(qū)域植被變化和石漠化歷史是回答當前及未來喀斯特地區(qū)造林可持續(xù)性和潛力的關(guān)鍵。據(jù)史料記載，歷史時期、特別是明清時期，喀斯特地區(qū)已有人為毀林與開墾導(dǎo)致的石漠化發(fā)生，但以往關(guān)于喀斯特區(qū)歷史時期石漠化和人類活動的研究主要借鑒歷史文獻記載，缺乏有效的科學(xué)實證。針對上述問題，王克林團隊岳躍民研究員依托環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站，初步開展了歷史時期喀斯特區(qū)人類活動影響及森林演變工作。建立了基于喀斯特洼地沉積物測年的歷史人類擾動識別方法，百年尺度利用137Cs和210Pbex定年，歷史時期定年主要依據(jù)炭屑14C，首次在典型喀斯特洼地的沉積物開展孢粉學(xué)分析，并結(jié)合歷史文獻記載、當?shù)卣{(diào)查，重建了過去三百年以來喀斯特地區(qū)“林——毀林——零星造林”的三個主要階段：在1780年之前，針、闊葉樹孢粉濃度很高，意味著當前石漠化區(qū)在歷史時期可能曾經(jīng)覆蓋茂密的針闊混交林；1780年后以玉米花粉和先鋒物種芒萁孢子的同時出現(xiàn)標志著生態(tài)環(huán)境的顯著變化；自20世紀30年代起，該地區(qū)存在零星造林，以針葉樹柏科/杉科花粉數(shù)量突增為主要特征。研究表明玉米引種、人口增長和移民，加速了山地開墾和森林砍伐，導(dǎo)致歷史時期石漠化的發(fā)生，也是當前部分喀斯特區(qū)難以自然恢復(fù)成森林景觀的重要原因，高強度人類擾動后的喀斯特區(qū)植被修復(fù)需要權(quán)衡林或非林。本研究作為地質(zhì)背景制約的喀斯特區(qū)歷史人類活動影響識別及森林演變的開創(chuàng)性工作，明確了部分喀斯特地區(qū)短期內(nèi)難成林，為喀斯特區(qū)生態(tài)恢復(fù)基線確定及精準還林還草提供了重要科學(xué)依據(jù)。該研究得到國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金項目及廣西重點研發(fā)計劃項目等資助。論文鏈接圖1 喀斯特洼地孢粉分析與參考定年數(shù)據(jù)圖2 過去300年以來喀斯特森林演變特征（A）和廣西森林面積變化（B）
????我國南方森林土壤貢獻了全國森林土壤有機碳的50%以上，而且森林土壤固碳仍然在持續(xù)的增加。深度發(fā)育的熱帶亞熱帶森林土壤已嚴重酸化，基于物質(zhì)輸入輸出平衡原理，酸化的土壤因Al3+聚集產(chǎn)生鋁毒使輸入土壤有機質(zhì)減少。然而前期研究表明其作為碳匯林的生態(tài)功能尚在，但目前關(guān)于深度酸化的森林土壤還在持續(xù)積累有機碳的機理不清楚。????中國科學(xué)院華南植物園生態(tài)中心俞夢笑在閆俊華和王應(yīng)平研究員的共同指導(dǎo)下，依托鼎湖山站長期模擬酸添加控制實驗平臺，對酸添加處理下季風常綠闊葉林土壤有機碳累積及固存機制開展研究。研究發(fā)現(xiàn)，從碳組分看，長期酸添加顯著促進土壤顆粒有機碳（POC）和礦質(zhì)結(jié)合碳（MAOC）的累積；從碳的來源看，長期酸添加下微生物殘體碳累積降低，而植物源的木質(zhì)素酚顯著增加。進一步分析發(fā)現(xiàn)，酸添加帶來的土壤木質(zhì)素酚的增加和土壤微生物分解抑制促進了POC的累積，而MAOC的累積則主要歸因于鐵鋁氧化物和金屬陽離子的有機礦質(zhì)保護作用。該研究結(jié)果表明隨著土壤酸化，土壤礦質(zhì)保護作用與植物源碳的持續(xù)輸入提高了土壤有機碳的固存與穩(wěn)定。本研究強調(diào)了森林土壤酸化促進了礦質(zhì)保護機制和植物源碳的累積。該發(fā)現(xiàn)從機理上支撐了深度酸化森林土壤持續(xù)固碳增匯的功能。????相關(guān)研究成果已近期在線發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Plant and Soil（《植物與土壤》）上。中國科學(xué)院華南植物園俞夢笑為論文第一作者，閆俊華研究員為通訊作者。該研究得到國家杰出青年科學(xué)基金、國家自然科學(xué)基金等項目的資助。論文鏈接：https://doi.org/10.1007/s11104-024-06608-8圖1. 酸添加下土壤有機碳累積框架圖
????經(jīng)典生態(tài)學(xué)理論認為，生態(tài)位分化是物種共存的條件。自然森林存在著明顯的分層現(xiàn)象，森林群落的水平結(jié)構(gòu)與垂直結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成了群落結(jié)構(gòu)，水平維度的生態(tài)位分化不足以解釋物種多樣性極高的熱帶和亞熱帶森林中植物物種共存機制。因此，有必要從垂直維度探索生態(tài)位分化的潛在機制。????為此，近年來，中國科學(xué)院華南植物園生物多樣性與生態(tài)安全研究組，基于鼎湖山大樣地研究平臺，借助林冠塔吊，開拓性地從多個角度探索了常綠闊葉林群落內(nèi)的垂直生態(tài)位分化：①利用生理功能性狀，發(fā)現(xiàn)森林物種在垂直維度上表現(xiàn)出多層次的性狀變異，證實了群落中垂直生態(tài)位分化的普遍存在（成果發(fā)表于Forests，馮嘉誼博士為第一作者，練琚愉研究員為通訊作者）；②基于個體水平的植物功能性狀分析，發(fā)現(xiàn)葉片功能性狀和個體大小的種內(nèi)差異是影響樹種垂直分層和生境適應(yīng)的重要因素，證實了生態(tài)策略的垂直效應(yīng)（成果發(fā)表于Functional Ecology，賓粵博士為第一作者，練琚愉研究員為通訊作者）；③結(jié)合優(yōu)勢樹種不同垂直高度的葉片性狀和光譜特征，拓展了樹種分類的研究模式，強調(diào)了垂直維度在森林群落研究中的重要性（成果發(fā)表于Remote Sensing，練琚愉研究員為論文的共同作者，合作者為廣州大學(xué)的吳志峰教授和俞方圓副教授）。????最近，以個體樹高值來表征垂直維度，發(fā)現(xiàn)種內(nèi)功能性狀與樹高的相關(guān)性存在種間差異，說明不同物種生活史策略的差異是垂直生態(tài)位分化的重要因素之一；在分析中納入種內(nèi)差異會增強功能性狀和植物生長的相關(guān)性。相關(guān)研究成果已近期發(fā)表在國際生態(tài)學(xué)經(jīng)典期刊Journal of Ecology（《生態(tài)學(xué)報》）上。賓粵博士為論文第一作者，練琚愉研究員為論文通訊作者。相關(guān)研究得到了國家自然科學(xué)基金項目和中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項的支持。研究從理論上驗證了森林樹種垂直生態(tài)位的存在，并強調(diào)了垂直生態(tài)位分化對闡明亞熱帶森林樹種共存機制的重要性。論文鏈接：https://doi.org/10.3390/f13101548（Feng et al. Forests,2022）https://doi.org/10.1111/1365-2435.14003（Bin et al. Functional Ecology,2022）https://doi.org/10.3390/rs14246227（Zhang et al. Remote Sensing,2022）https://doi.org/10.1111/1365-2745.14281（Bin et al. Journal of Ecology,2024）圖1. 鼎湖山林冠塔吊圖2. 森林物種胸徑（a，b）和生物量生長（c，d）與比葉重（LMA）和光合作用投資（PI）的關(guān)系。
近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋生物資源與生態(tài)重點實驗室（LMB）研究團隊聯(lián)合多家單位在痕量鋁影響海洋碳循環(huán)與氣候變化研究中取得新進展。相關(guān)成果以“Promoting effects of aluminum addition on chlorophyll biosynthesis and growth of two cultured iron-limited marine diatoms”為標題發(fā)表在《湖沼與海洋》（Limnology and Oceanography）上，研究員譚燁輝和副研究員周林濱為論文共同通訊作者。鋁是地殼中含量最高的金屬元素，普遍存在于各種環(huán)境與生物體中。然而，目前尚未發(fā)現(xiàn)鋁具有確切的生物學(xué)功能，這是一個長期未解之謎。鋁在淡水和土壤中的濃度可達mmol/L，相比較而言，海水中溶解鋁的濃度則要低幾個數(shù)量級，常處于痕量水平。南海海洋所研究團隊從十多年前開始關(guān)注鋁添加對海洋浮游植物生長的影響，開展了一系列現(xiàn)場和室內(nèi)實驗研究，發(fā)現(xiàn)痕量鋁添加可促進海洋浮游植物固碳，增強生源碳向深海輸出、埋藏封存，從而影響海洋碳匯效能，進而調(diào)節(jié)氣候變化。有證據(jù)表明，過去80萬年，通過沙塵沉降輸入到南大洋的鋁與鐵通量與冰期-間冰期氣候回旋存在密切關(guān)聯(lián)。通常認為，南大洋浮游植物生長受鐵限制，鐵輸入的變動被認為是調(diào)節(jié)碳匯與氣候變化的關(guān)鍵因子。研究團隊的工作則發(fā)現(xiàn)，鋁與鐵協(xié)同作用，很可能是南大洋等海域碳輸出、埋藏的關(guān)鍵，因而提出了“鐵鋁假說”，指出鋁與鐵一樣，可能是調(diào)控海洋碳循環(huán)和碳匯形成的關(guān)鍵因子，在冰期-間冰期氣候變化過程發(fā)揮重要作用（圖1）。圖1 鐵鋁假說示意圖。引自（周林濱等,2023）。自然鐵施肥過程如(但不限于)沙塵氣溶膠沉降不僅向海洋輸入鐵(Fe)還帶來鋁(Al)。Al一方面提高海洋浮游植物利用溶解有機磷(DOP)、Fe和N2(固氮)效率，增加上層海洋固碳；另一方面降低生源碳分解速率，提高碳向深海輸出、封存，增強海洋碳匯能力，從而影響氣候變化，在地球歷史時期和現(xiàn)代氣候變化過程中發(fā)揮著重要作用自2018年提出“鐵鋁假說”以來，研究團隊持續(xù)探索求證，不斷完善假說的理論詳釋。通過放射性碳同位素示蹤方法，證實痕量鋁添加顯著提高硅藻凈固碳量，降低顆粒有機碳分解速率，為鋁調(diào)控海洋碳輸出與封存的觀點提供了關(guān)鍵證據(jù)（Zhou et al. 2021）。相關(guān)研究成果2021年也發(fā)表在《湖沼與海洋》上，獲得廣泛關(guān)注和評論報道，文章的Altmetric指數(shù)達到119，2023年入選國際湖沼與海洋學(xué)學(xué)會（ASLO）期刊2020–2021年15篇高影響力優(yōu)秀論文。同年，團隊成員受邀出席2023水科學(xué)大會（Aquatic Sciences Meeting）“高影響論文作者專題”，報告鐵鋁假說相關(guān)研究成果。近日（3月19日），該論文被收錄進入ASLO推出的最新一期題為“作者聚焦：來自ASLO期刊的高影響力作者”的虛擬專輯，進一步肯定了相關(guān)工作對研究領(lǐng)域的貢獻。?根據(jù)鐵鋁假說，研究團隊提出“海洋鋁施肥”觀點，認為這有可能發(fā)展成為潛在高效的負排放技術(shù)與方法，并預(yù)測南大洋等受鐵限制的高營養(yǎng)鹽低葉綠素（HNLC）海域是開展鋁施肥及鐵鋁同時施肥的理想?yún)^(qū)域（周林濱等,2023）。然而，在大規(guī)模現(xiàn)場施肥實驗之前，仍需要在不同時空尺度上檢驗海洋鋁施肥的效能及其潛在環(huán)境影響。痕量鋁添加如何影響鐵限制浮游植物，尤其硅藻的生長，是需要解答的關(guān)鍵問題之一。為此，研究團隊聯(lián)合德國赫姆霍茲基爾海洋研究中心（GEOMAR）、英國帝國理工學(xué)院、加拿大國立科學(xué)研究院（INRS）等多家單位，采用痕量金屬潔凈培養(yǎng)技術(shù)、55Fe同位素示蹤方法，開展了多項實驗，發(fā)現(xiàn)痕量鋁添加可以顯著提高受鐵限制硅藻的葉綠素合成速率、光合效率和生長率（圖2）。這一研究揭示了痕量鋁有益于鐵限制海洋硅藻葉綠素合成的新現(xiàn)象，為鐵鋁假說提供了新證據(jù)，也為在南大洋等鐵限制海域開展海洋鋁施肥負排放技術(shù)研究提供了重要基礎(chǔ)。圖2 痕量鋁添加對鐵限制與鐵充足條件下威氏海鏈藻（T. weissflogii）和假微型海鏈藻（T. pseudonana）葉綠素合成與生長的影響本研究得到了廣東省自然科學(xué)基金、國家留學(xué)基金、南方海洋科學(xué)與工程廣東省實驗室（廣州）人才團隊引進重大專項、南海海洋所自主部署項目等資助。相關(guān)論文信息：Linbin Zhou,Fengjie Liu,Eric P. Achterberg,Anja Engel,Peter G.C. Campbell,Claude Fortin,Liangmin Huang,Yehui Tan. 2024. Promoting effects of aluminum addition on chlorophyll biosynthesis and growth of two cultured iron-limited marine diatoms. Limnology and Oceanography,doi: 10.1002/lno.12558.周林濱,黃良民,譚燁輝. 2023. 鐵鋁假說與海洋鋁施肥增匯潛力展望. 熱帶海洋學(xué)報42(3):1-18.Linbin Zhou,Fengjie Liu,Qingxia Liu,Claude Fortin,Yehui Tan,Liangmin Huang,Peter G. C. Campbell. 2021. Aluminum increases net carbon fixation by marine diatoms and decreases their decomposition: Evidence for the iron–aluminum hypothesis. Limnology and Oceanography 66(7):2712-2727.?
