图像奖庆祝无形生物世界的美丽

一张六边形的含有单个微生物的井的图像。研究人员利用这些细胞快速筛选出促进健康或战胜疾病的“hit”组合化合物。在这个特殊的实验中,绿色意味着go——一个很有希望的命中率,可以做进一步的测试。(图片来源:麻省理工学院贾里德·基赫、托尼·库莱萨、保罗·布莱尼/布罗德研究所和科赫研究所)

这是艺术画廊的缩影。

在过去的九年里麻省理工学院科赫研究所并以惊人的视觉效果捕捉到了大学的生命科学研究成果。这些被称为“图像奖”的作品,在8英尺高的方形和圆形背光显示屏上,展现了我们周围隐藏的生物过程的美丽一瞥。

今年的10位获奖者是从创纪录的160多份STEAM学科和组织提交的材料中选出的,他们从能够提供抗疾病药物的工程“智能”细胞到绘制细胞行为丰富多彩关系的机器学习,形象地展示了一切。(为了记录在案,蒸汽场是科学、技术、工程、艺术和数学,或应用数学。)

您可以查看获奖的意见书,并附上以下作者的标题。

在一个盘子里呼吸:放大5000倍

Nothing to Sneeze At: Inspiration and Respiration in a Dish. (照片:Raghu Chivukula、David Mankus、Margaret Bisher、Abigail Lytton-Jean、David Sabatini麻省总医院、Whitehead研究所和麻省理工学院科赫研究所)

受一位病人神秘的呼吸障碍的启发,MGH和麻省理工学院的研究人员开始通过在培养皿中培养人类气道细胞来了解这一现象。从成体干细胞衍生出来的组织(如图所示)可以详细观察到完全分化的气道上皮(呼吸道的前线防御系统)中的纤毛(毛发状细丝)。通过操纵模型中的基因,临床医生和科学家们能够发现并描述导致睫状体功能受损的患者中的一种罕见遗传状况。”

表观遗传学表达:实时跟踪DNA甲基化-水镜下放大40倍

表观遗传学表达:实时跟踪DNA甲基化。 (图片来源:麻省理工学院鲁道夫·杰尼希·怀特黑德研究所和科赫研究所宋月林)

“基因相同的细胞如何产生不同的组织类型?Jaenisch实验室研究决定基因是否以及何时在细胞中表达,从而导致基因活性变化的表观遗传机制。在这张发育中细胞的3D图像中,不同的颜色代表了抑制基因活性的表观遗传过程DNA甲基化的不同激活状态。以高分辨率实时分析复杂组织和细胞类型中的表观遗传变化,有助于研究人员了解细胞如何发育,以及癌症和其他疾病中出现的问题。”

状态良好:利用机器学习改进癌症治疗-放大100万倍

改善癌症的机器学习疗法。 (摄影:丹尼尔·雷克、杨吉元、纳塔达·纳瓦马吉蒂、曹若南、董秀云、乔瓦尼·特拉弗索、麻省理工学院罗伯特·兰格·科赫研究所)

这张图片将索拉非尼的分子动力学模拟(左)和电子显微镜图像(右)并列。索拉非尼和其他许多抗癌药物一样,可以自发形成复杂的纳米级结构,从而改变药物的行为。

兰格实验室使用智能算法将模拟结果与现实进行比较,并分析或预测这些纳米结构在各种条件下的组装情况。他们的发现使他们能够设计出更好的药物来改善患者的预后。”

内在世界:绘制身体的社交网络

内在世界:绘制身体的社交网络。 (照片:卡莉·齐格勒、夏娜·卡罗尔、莱斯利·基恩、亚历克斯·沙莱克医学工程与科学研究所和麻省理工学院科赫研究所)

"As the key player translating DNA code into cellular action, RNA provides important insight into cells’ past, present, and future.

”RNA exp Shalek实验室研究人员排序ression of 45,782 single cells from 14 different organs to create an atlas of healthy cell physiology for reference in studies of various disease states including HIV and cancer. The team uses machine learning to map the relationships (lines) between the various subpopulations of cells (dots). Each color signifies a different tissue of origin; together, they present a broad spectrum of cell behavior."

野生型在哪里:探索发育生物学的根源-放大65倍

野生型在哪里:探索发育生物学的根源。 (摄影:玛丽·格林·怀特黑德研究所尼基·沃森)

“现代生物学的核心在于模式生物——一个可以在实验室中轻松维护和操作的生命系统,以揭示生物过程。

"The Gehring Lab uses the model organism Arabidopsis lyrata to interrogate how different genes are expressed as they pass from parent to offspring. This electron micrograph shows the plant’s flower, highlighting the male (yellow) and female (green) reproductive organs in their unmodified, or wild type, state.

“通过这样的图像,W.M.凯克显微镜设备帮助研究人员走出他们调查的杂草,让生物学的美丽绽放。”

Circuit Training: Shining a Light on Neural Development - 20x magnification

回路训练:照亮神经发育。 (摄影:李惠才皮考尔学习记忆研究所马修斯·维克托)

正确的大脑功能取决于兴奋性和抑制性神经元活动之间的平衡。在这里看到的合成大脑回路中,工程光激活神经元(蓝色和白色)对模拟发育中大脑兴奋信号的刺激模式作出反应。前景中的电极记录了细胞间信号的传递,揭示了神经网络发展的重要信息。蔡氏实验室研究了阿尔茨海默病中兴奋和抑制同步产生的节律是如何受损的。”

海洋中的运动:利用海胆了解细胞迁移-放大10倍

海洋中的运动:利用海胆了解细胞迁移。 (图片来源:麻省理工学院理查德·海恩斯·科赫研究所Genevieve Abbruzzese)

癌细胞与胚胎细胞有许多相似之处,包括能够移动到遥远而精确的位置。当细胞移动时,纤维蛋白的踪迹促进了它们的迁移。海恩斯实验室利用海胆从三维角度研究这些过程和蛋白质。在透明的胚胎内,研究人员观察到黑暗骨骼周围新形成的玻璃状纤维基质。确定细胞如何利用这种基质引导其通过胚胎的路径,可能为理解在发育和癌症转移过程中促进细胞迁移的机制提供有价值的线索。”

天生杀手:激活免疫系统对抗疾病-6450倍放大

天然杀手:激活免疫系统对抗疾病。 (Photo: Allison Demas, David Mankus, Margaret Bisher, Abigail Lytton-Jean, Galit Alter, Sangeeta Bhatia Koch Institute at MIT and Ragon Institute of MGH, MIT, and Harvard)

自然杀伤(NK)细胞是免疫系统的忍者,是抵抗感染和疾病的特务和前线卫士。Bhatia和Alter实验室试图可视化激活和攻击的过程。NK细胞与寄生虫和治疗性抗体一起沉积在玻片上。准备战斗时,它的表面由光滑变为凹凸不平,凸出物开始出现。疟疾是这一次的敌人,但类似的方法也在进行抗癌试验。”

活体制药厂:治疗性蛋白质的分泌生命-4倍放大

生物制药厂:治疗蛋白质的分泌生命。 (摄影:苏曼·博斯、阿曼达·法克拉姆、阿曼达·惠普尔、罗伯特·兰格、麻省理工学院丹尼尔·安德森·科赫研究所)

“细胞疗法来自内在。兰格和安德森实验室的研究人员正在设计“智能”细胞(蓝色)并将其植入可植入芯片(黑色)。当细胞成熟(绿色)时,它们会分泌蛋白质(红色),通过对周围组织的条件作出反应来对抗疾病。这种具有生物相容性的装置不仅能让细胞在自然环境中生长,并在需要时提供准确数量的药物,还能保护系统免受免疫细胞的破坏。”