高压纳秒脉冲电场的细胞器生物电效应综述

纳秒级高压脉冲电场的生物医学应用是近年来新兴的交叉学科研究领域,相比于微秒和毫秒级脉冲电场,高压纳秒脉冲电场不仅能够导致细胞膜结构极化和介电击穿,产生膜电穿孔,还可以穿透至细胞内部,引发诸如细胞骨架解聚、胞内钙离子释放及线粒体膜电位耗散等细胞器生物电效应,吸引了学术界的广泛关注.本文首先介绍高压纳秒脉冲电场及其细胞器生物电作用的物理模型;然后对高压纳秒脉冲电场与细胞骨架、线粒体、内质网、细胞核等亚细胞结构的相互作用研究进行综述和总结;强调高压纳秒脉冲电场的细胞器作用与细胞死亡、细胞间通信等生物效应之间的联系;最后,凝练当前高压纳秒脉冲电场在生物医学研究中的关键技术问题,并对未来潜在的研究方向进行展望.     

光纤微操作器探测亚细胞水平的pH

对单细胞内亚细胞器微环境的探测可以深入了解细胞内一些复杂的生理活动,因此,一种与单细胞尺寸相匹配的探测器的制备显得尤为重要。这里,我们制作了一种光纤纳米探测器,其尖端尺寸可达200nm,在尖端表面修饰SERS活性分子即可进行细胞内不同区域的pH探测。该光纤纳米探针可集激发,传感,操纵细胞于一体,实现单细胞微领域的深入探索。     

X射线致HeLa细胞损伤过程中NADPH氧化酶的作斥

以HeLa细胞为实验材料,探讨了NADPH氧化酶在X射线诱导细胞损伤过程中的作用。结果显示,12Cry X射线辐照后细胞内活性氧（ROS）明显增加,在用NADPH氧化酶抑制剂处理后再辐照,则细胞内ROS降低到未辐照水平;同时辐照后NADPH氧化酶细胞质亚基p47^phox在细胞质积聚并和细胞膜亚基gp91^phox结合;Western blotting检测结果显示,NADPH氧化酶的关键亚基gp91^phox的表达量明显增加。以上结果说明,NADPH氧化酶可以被X射线激活,由其介导产生的ROS在X射线诱导HeLa细胞损伤过程中扮演重要角色。     

生物细胞亚显微结构对光散射特性的影响

构建细胞模型、"细胞基质"模型以及"细胞基质-细胞核"模型等3个模型,分别表征不同层次细胞结构,采用时域有限差分方法进行仿真计算,分别比较了3个模型的远场雷达散射截面在5个散射区的数值差异,分析了细胞器、细胞核和细胞基质等细胞亚显微结构对细胞电磁散射特性的影响.研究结果表明,生物细胞整体电磁散射特性主要由其细胞基质决定,细胞核的存在显著增强了细胞在20°≤θ≤40°和150°≤θ≤180°两个散射区的散射能力,随机分布的细胞器增强了细胞的侧向散射,削弱了细胞核在上述两个散射区的散射效果,使细胞散射波分布趋于均匀.     

用化学发光法测量脂膜过氧化

血清或血浆,各类生物细胞和亚细胞器,普遍存在着自发的、低水平的化学发光现象,一般认为,这类发光是脂质过氧化所引起来的。为了搞清这种现象的本质,本试验选用了平面脂膜、人工囊泡沫—脂质体及生物膜—红细胞影泡为材料,使用了液体闪烁计数器测量脂质的氧化发光,从而以发光强度为准,判定脂膜过氧化的程度。     

聚集诱导发光探针用于线粒体靶向和癌细胞识别研究进展

聚集诱导发光(Aggregation-induced emission,AIE)探针由于其极高的灵敏度和极佳的光稳定性在癌症诊断和治疗等方面具有不可估量的应用前景.线粒体作为所有细胞共有的重要细胞器,在癌细胞和正常细胞中显示出明显的性质区别,因此可作为线粒体靶向AIE探针区分癌细胞与正常细胞的靶标.本文介绍了线粒体靶向...     

X射线致HeLa细胞损伤过程中NADPH氧化酶的作用

以HeLa细胞为实验材料, 探讨了NADPH氧化酶在X射线诱导细胞损伤过程中的作用。 结果显示, 12 Gy X射线辐照后细胞内活性氧(ROS)明显增加, 在用NADPH氧化酶抑制剂处理后再辐照, 则细胞内ROS降低到未辐照水平; 同时辐照后NADPH 氧化酶细胞质亚基p47phox 在细胞质积聚并和细胞膜亚基 gp91phox 结合; Western blotting检测结果显示, NADPH 氧化酶的关键亚基 gp91phox 的表达量明显增加。 以上结果说明, NADPH氧化酶可以被X射线激活, 由其介导产生的ROS在X射线诱导HeLa细胞损伤过程中扮演重要角色。 To investigate the role of NADPH oxidase in HeLa cell lesion induced by X ray irradiation, the change of cell survival was detected with MTT assay, reactive oxygen species (ROS) was measured by fluorospectrophotometer. Immunostaining and confocal laser scanning microscopy was employed to detect the co localization of two subunit of NADPH oxidase, p47phox and gp91phox in the cell. Western blotting was used to detect the expression of gp91phox before and after X ray irradiation. After X ray irradiation, intra cellular level of ROS increased obviously. But the increase could be blocked by diphenyleneiodonium (DPI), an inhibitor of NADPH oxidase. Meanwhile, cytosolic subunit p47phox moved to membrane and co localizated with gp91phox after irradiation. Moreover, the results also show that gp91phox increased sharply after 12 Gy X ray irradiation. Therefore, NADPH oxidase mediated production of ROS plays an important role in HeLa cell lesion induced by X ray.     

DHL细胞中5-ALA代谢PpⅨ的定位分析

采用共聚焦显微技术中的双光子激发荧光方法获得DHL细胞中5-氨基酮戊酸(5-ALA)代谢原卟啉Ⅸ(PpⅨ)荧光图像.结合Rhodamine123、DioC6(3)和LysoTraeker Green三种细胞器荧光探针的使用,采用双标的标记方法观察DHL细胞中5-ALA代谢PpⅨ在DHL细胞的定位分布,进而利用Matlab软件对获得的定位的融合荧光图像进行相关系数计算.通过Matlab软件编写程序对获得的定位图像进行边缘检测、提取和分割等处理,计算获得的线粒体相关系数r=0.564;内质网相关系数r=0.465;溶酶体相关系数r=0.366;可以认为5=ALA代谢PpⅨ在线粒体、内质网、溶酶体三种细胞器区域均有分布,但PpⅨ在不同细胞器聚集程度存在比较大的差异,经过3 h的孵育代谢PpⅨ主要积聚于线粒体,而溶酶体中积聚的最少.研究表明双光子激发荧光可成为定性或定量研究DHL细胞中5-ALA代谢PpⅨ以及PpⅨ在细胞定位的重要方法.     

光散射光谱在生物医学领域的发展和应用

光散射光谱(Light Scattering Spectroscopy, LSS)是一种可以实时、无创地对细胞核以及细胞器结构进行探测的光谱技术,并且能够在细胞和亚细胞尺度上获得生物组织的结构特征。LSS将微小粒子的光散射特性与它们的大小、折射率和形状联系了起来。生物组织具有结构特异性,当被光照射时会产生不同角度和偏振特性的散射光,因此可以获得有关组织宏观和微观的结构信息。这项技术在相关领域得到了深入的研究,并被扩展到癌细胞的检测。本文首先对LSS技术的基本原理进行了介绍,然后详细阐述了该技术在早期癌症诊断中的研究和应用,最后,我们总结了LSS技术的优势并对其未来的发展进行了展望。     

激光细胞微手术的发展和应用

现代生命科学的发展在很大程度上依赖于对活细胞的加工和操纵,比如切除细胞内的某些特定蛋白或细胞器等.激光细胞微手术是一个强有力的工具,近年来在细胞微手术精度控制方面取得很大的进展.综述了激光细胞微手术的最新发展及其在生物学和生物医学工程中的应用,对目前激光细胞微手术中存在的主要问题进行了讨论,对比了普通激光聚焦法、飞秒激...     

铁对藻类生长的影响及其光谱识别研究展望

铁(Fe)是藻类生长所必需的微量营养元素,在藻类对氮的吸收、固氮菌对氮的固定、叶绿素合成、卟啉生物合成、光合作用电子传输等生物过程中发挥着非常重要的作用。因此在水体富营养化治理过程中,除了要注意控制氮、磷的输入,还应考虑Fe的调控作用。遥感技术是监测水体富营养化的有效措施,应用遥感技术可以实时、大面积监测水体中藻类的生长分布情况。水体中Fe浓度的波动会使藻类细胞的代谢活动发生变化,进而反映在藻类反射光谱上,而地物特征与其光谱特征的关系是解译遥感影像的关键;研究Fe的藻类光谱效应,对于阐明湖泊中水华爆发与Fe的关系、分析水华爆发的动态过程以及建立湖泊富营养化遥感预警体系都具有重要的意义。文章基于“Fe假说”,综述了Fe对藻类生长的重要作用及藻类光谱研究进展,并对Fe的藻类光谱效应在水体富营养化遥感预警机制研究领域的应用进行了展望。     

硒对钝顶螺旋藻氧化损伤的拮抗作用的光谱学特性及机制

研究了亚硒酸钠预处理对H2O2氧化胁迫下钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)的生长、藻丝体形态、谱学特性以及细胞内活性氧(ROS)水平的影响,探究硒拮抗氧化胁迫保护螺旋藻的机制。结果显示,H2O2氧化胁迫明显抑制螺旋藻的生长,藻丝体严重受损,可见光吸收440nm峰增强,620和680nm峰降低;荧光发射和激发光谱特征峰强度明显降低,藻胆蛋白特征发射峰由660nm蓝移至650nm;红外光谱透射峰没有发生位移,蛋白质和多肽的特征谱带酰胺Ⅰ带和酰胺Ⅱ带相对强度降低;细胞内ROS相对含量显著性升高。硒预处理24h呈剂量效应地减轻由H2O2胁迫引起的氧化损伤,有效地抑制胞内ROS的过度累积,提高螺旋藻的抗氧化能力,缓解了氧化胁迫对光能捕获和传递等重要生理功能的影响。     

细胞研究的光学显微成像

介绍了在细胞及亚细胞结构与功能研究中发挥至关重要作用的各种现代光学显微镜,包括近场显微镜、共焦扫描显微镜、双光子成像显微镜、图像恢复显微镜及时间相关单光子计数技术,着重描述了后两种系统的工作原理及先进功能。     

一种线粒体靶向香豆素基pH荧光探针合成及性能

线粒体作为一种重要的细胞器,其功能包括能量供应、信号传导、细胞分化以及控制细胞生理周期和细胞生长等.线粒体的任何损伤及随后的功能障碍都可能导致一系列人类疾病.其中线粒体pH直接影响着其生化过程,正常的pH水平是线粒体功能正常运作的基础.本文以7-羟基香豆素为原料,合成了一种对线粒体特异性标记的pH荧光探针(CMPH)....     

X射线诱导的HeLa细胞旁效应中ROS和NO关系研究

活性氧(ROS)和一氧化氮（NO)是辐射诱导的旁效应信号通路中的两个重要信号分子。 实验研究了这两种信号分子在HeLa细胞旁效应信号通路中的关系。 通过微核实验, 发现X射线辐照过的HeLa细胞及其旁观者细胞微核形成明显增加, 而二甲亚砜（DMSO）预处理显著抑制了微核形成。 另外还发现, 接受条件培养基的旁观者细胞的增殖速率增加, 而DMSO预处理产生条件培养基的受辐照细胞则使旁观者细胞的增殖速率降低。 以上的结果从不同角度证实了HeLa细胞存在X射线诱导的旁效应, 且其可以被DMSO预处理所抑制。Western blotting和DAF FM DA荧光探针检测分别显示出辐照后细胞的诱导型一氧化氮合酶（iNOS）和NO水平均升高, 而DMSO预处理则降低其水平。 因此, 可以推测X射线诱导的HeLa旁效应当中ROS是NO的上游信号。 Accumulating evidence indicates that irradiated cells can release signals which induce a series of biological responses in non exposed cells. This is known as irradiation induced bystander effects. Both reactive oxygen species(ROS) and nitric oxide(NO) play important roles in bystander effects. In this study, we determined the relationship of ROS and NO in the signaling pathway of bystander effects. HeLa cells were treated with or without dimethye sulfoxide(DMSO) before X ray irradiation, and micronuclei formation as well as cell proliferation rate was detected in both irradiated and bystander cells. In addition, we also detected inducible nitric oxide synthase(iNOS) expression and NO level in irradiated cells using Western blotting and DAF FM DA fluorescent probe, respectively. Our results showed that micronuclei were induced in irradiated and bystander cells while DMSO treatment significantly suppressed the formation of micronuclei in both of them. We also found that when cells were irradiated their proliferation rate was suppressed while DMSO treatment eliminated this inhibition effect. In contrast, the cells received conditioned medium from irradiated cells proliferated more quickly than the cells received medium from non irradiated cells while DMSO treatment reduced the difference. Finally, we found that irradiated cells had higher level of iNOS and NO compared to non irradiated controls, whereas DMSO treatment decreased their levels. These results suggest that ROS is the upstream signal of NO in X ray induced bystander effects in HeLa cells.     

羧甲基-β-1,3-葡聚糖对人肝癌HepG2细胞的放射增敏作用

本研究旨在探讨羧甲基-β-1,3葡聚糖（CMG）对人肝癌HepG2细胞X射线或12C6+离子束辐射敏感性的影响。首先用CCK-8法检测CMG对HepG2细胞的生长抑制情况,得到半数抑制浓度（IC50）为120.6μg/mL。用浓度为0.1×IC50的CMG预处理HepG2细胞24 h,再给予2 Gy X射线或12C6+离子束辐照（CMG+辐照组）;CMG未处理组直接接受2 Gy X射线或12C6+离子束辐照（辐照组）。对比分析辐照组和CMG+辐照组细胞的克隆存活、DNA损伤、凋亡与周期分布、细胞内活性氧（ROS）水平。发现:与X射线辐照组相比,相同剂量的12C6+离子辐照组克隆存活率更小,DNA损伤和周期阻滞更加严重,细胞凋亡率和细胞内ROS水平也更高。与单独X射线或12C6+离子束辐照组相比,CMG+辐照组克隆存活率明显降低,细胞凋亡率随辐照后CMG作用时间的延长而明显增加,CMG使辐照后细胞内ROS维持在一个较高的水平,同时CMG明显加重了单独辐照诱导的DNA损伤和周期阻滞。结果表明,与X射线相比,HepG2细胞对相同剂量的12C6+离子辐射更敏感;CMG可增加HepG2细胞对X射线或12C6+离子辐射的敏感性;CMG可能通过增加受照HepG2细胞内的ROS水平,加剧辐照诱导的DNA损伤,促进辐射诱导细胞凋亡而起到辐射增敏作用。This study aims to investigate the effect of carboxymethy-β-1, 3-glucan (CMG) on the sensitivity of human hepatoma HepG2 cells to X-rays or 12C6+ ions irradiation. First, the inhibitory effect of CMG on the growth of HepG2 cells was detected by CCK-8 assay, and the half maximal inhibitory concentration (IC50) was 120.6 μg/mL. HepG2 cells were pretreated with CMG at a concentration of 0.1×IC50 for 24 h and then irradiated with 2 Gy X-ray or 12C6+ ion beams (CMG + irradiation group). CMG untreated group was directly irradiated by 2 Gy X-rays or 12C6+ ions beam (irradiation group). The clone survival, DNA damage, cell apoptosis, cell cycle distribution, and intracellular reactive oxygen species (ROS) levels in irradiation group and CMG + irradiation group were comparatively analyzed. The results showed that the clone survival rate was lower, DNA damage and cycle arrest were more serious, and the rate of apoptosis and intracellular ROS levels were higher in 12C6+ ions irradiation group than those in the same dose of X-rays irradiation group. Compared with X-rays or 12C6+ ions irradiation group, the clone survival rate of CMG + irradiation group was significantly decreased, and the apoptosis rate significantly increased with the prolongation of CMG treatment post-irradiation; CMG maintained intracellular ROS at a higher level after irradiation, CMG also significantly aggravated radiation-induced DNA damage and cycle arrest. These results indicated that HepG2 cells were more sensitive to 12C6+ ions radiation than those at the same dose of X-rays. CMG increased the sensitivity of HepG2 cells to X-rays or 12C6+ ions irradiation by increasing intracellular ROS level, exacerbating radiation-induced DNA damage and promoting radiation-induced apoptosis in irradiated HepG2 cells.     

超分辨荧光显微成像染料结构与生物应用（特邀）

荧光显微成像技术的生物医学应用离不开荧光染料的设计与开发。有机小分子荧光染料因其易于修饰、生物相容性好、光物理性质优异等特点,在细胞生物成像领域受到了广泛关注。随着超分辨荧光显微镜的发展和技术的进步,使得荧光显微成像突破了光学衍射极限,可以获得更为精准的生物分子学信息,观察纳米尺度下亚细胞器之间的相互作用。根据不同的成像原理,科学家开发出了单分子定位成像技术、受激辐射损耗成像技术、结构光照明技术等超分辨荧光显微技术。这些技术在细胞荧光显微成像领域的应用与发展,同时对有机小分子荧光染料的设计与开发提出了新要求。本文介绍了主流超分辨荧光显微技术的原理,总结已发表的超分辨荧光显微成像荧光染料的结构和光物理性质特点,归纳了其设计要求,旨在为新型荧光染料的设计提供参考。     

分子马达的调节机制

细胞维持生命就需要不断与外界进行物质交换,并且在细胞内部也频繁地进行着物质交换。细胞内部高度分化,由不同的细胞器（如细胞核,高尔基复合体等）组成,我们将细胞器比做“工厂”,每个工厂都有自己独一无二的“产品”（货物）,细胞器是如何将产品分配给他们的“消费者”以及其他的工厂呢？在细胞内,运输货物的主要任务由分子马达（简称马达）家族中的肌球蛋白,驱动蛋白及动力蛋白来完成。马达完成运输的过程可分为三步：（1）识别货物并与货物结合;（2）沿着各自的“轨道”完成多个化学．力学循环,运输的过程中可能需要马达之间任务的交接;（3）将到达目的地时,识别目的地并将货物卸下。为了深入的介绍马达的调节机制,在内容上作了如下安排：1．介绍马达的基本概念及分类。2．介绍马达的结构及其运动特性。     

基于SERS研究光动力治疗中的癌细胞损伤

光动力治疗(PDT)是一种涉及光及光敏剂(光敏药物)与分子氧结合用于诱导细胞损伤或死亡的光化学治疗方法~([1]),因对正常细胞器官损伤轻微而被广泛应用。其过程是用特定波长光照射癌变部位,使选择性聚集在癌变部位的光敏药物活化,从而引发光化学反应破坏癌细胞。表面增强拉曼光谱(SERS)作为分子振动光谱技术,具有灵敏度高、检测速度快、无损及免标记等优点。基于此,本研究设计构筑一种基于靶向细胞器的等离激元探针,用于选择性获得特定细胞器的SERS光谱,通过SERS对光动力治疗过程中的细胞损伤进行分析,为光动力治疗机制提供评价依据。     

南极海洋芳香烃低温降解微生物的拉曼光谱分析

激光镊子拉曼光谱技术可以实现在自然状态下对单个细胞或细胞器较长时间的观察研究.应用激光镊子拉曼光谱技术实时观察南极微生物低温降解芳香烃过程中单个南极细菌的细胞生长和胞内生物大分子的动态变化过程,收集、分析其拉曼光谱,结果发现:单细胞的拉曼光谱反映了其细胞内部的生命物质组成,南极动球菌 NJ41 和希瓦氏菌 NJ49 生...