發(fā)布時間：2021-07-03 20:29

　　近40年,探索電刺激在生物醫(yī)學中的應用引起了人們極大的興趣,這種興趣很大程度上來自于電刺激細胞實驗研究方面取得的進展,其結果對研發(fā)疾病診療新技術具有參考意義。從直流電場、正弦電場、脈沖電場3個方面回顧電刺激細胞的實驗設備,綜述了電刺激對細胞彈性模量、細胞間應力、細胞黏附力、細胞膜系索力等力學特性的影響規(guī)律與生物學機理,以及電刺激在誘導細胞分化,凋亡,改變細胞遷移方向等方面的應用�？偨Y了電刺激-細胞力學特性-細胞生物行為關聯(lián)性研究的進展。直流電場可引導細胞遷移和排列;正弦電場可導致細胞膜和骨架的分離;脈沖電場可破壞細胞膜、細胞骨架、核膜、染色體端粒的結構,使細胞變形。探討了目前細胞電刺激研究存在的問題,并對未來發(fā)展方向提出了建議。 

【文章來源】：科技導報. 2020,38(22)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

向細胞提供直流電刺激的裝置

脈沖電場相較于直流電場和正弦電場有高場強和短脈沖寬度的特點。其中脈寬為納秒級，場強在10～100 k V/cm的高壓納秒脈沖電場由于脈沖寬度低于細胞膜的充電時間常數(shù)可透過細胞膜的屏蔽作用，使電場作用延伸到細胞內(nèi)[36]。因此，脈沖電場尤其是納秒級脈沖電場在殺菌[37-39]和生物醫(yī)學領域得到廣泛的應用。提供高強度脈沖電場的裝置一般為基于Blumlein線原理的脈沖發(fā)生器[40-42]，這樣的發(fā)生器可以提供高功率低能量的脈沖。一種典型的對細胞施加脈沖電場的裝置如圖2[42]所示，電極不直接與細胞溶液接觸，而是將裝著細胞溶液的容器放在2個電極之間接收脈沖刺激，所以不存在電極副產(chǎn)物問題。因為納秒級脈沖電場低能量的特點，電場產(chǎn)生的焦耳熱微乎其微。脈沖電場對細胞的作用包括在細胞膜形成孔隙[42-45]，對細胞骨架、核膜、染色體端粒的破壞[42-43,46-49]，使細胞變形[30,43,50]，誘導細胞凋亡[44-45,51-53]。低強度的脈沖電流還顯示出誘導細胞分化的潛力[54]。Timoshkin等[55]從力的角度解釋了脈沖電場在細胞膜表面形成孔隙的原因。脈沖電場加大了細胞的跨膜電壓，在細胞膜上產(chǎn)生較大的麥克斯韋應力，該應力與細胞膜的抗拉強度相當，進而在膜表面形成孔隙。電場對細胞骨架和核膜的破壞，以及導致細胞膜上孔隙的形成直接導致了細胞彈性模量的下降。Dutta等[43]通過實驗表明單次強度較高的納秒級脈沖電場（60 k V/cm,60 ns）使Jurkat細胞彈性模量損失80%以上，這是由于納秒級脈沖電場（ns PEF）破壞細胞骨架引起的，而較低強度的納秒級脈沖電場（15 k V/cm,60 ns）使細胞彈性模量損失較少，這是由于電場作用在細胞膜上形成了孔隙。Louise等[48]研究表明，8次毫秒級脈沖電場（400 V/cm,5 ms,1 Hz）使中國倉鼠卵巢細胞（CHO）骨架破壞,導致細胞彈性模量下降。脈沖電場誘導膜孔隙形成導致的膜通透性增加已被成功地用于將大分子引入活細胞[56-57]、提取細胞成分[58-59]或在不加熱的情況下滅活微生物[39,60-61]。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]脈沖微交流電刺激促進體外誘導大鼠骨髓間充質(zhì)干細胞向心肌分化[J]. 姚青,宋治遠,馬顯光.  第三軍醫(yī)大學學報. 2008(05)
[2]ns級陡脈沖誘導腫瘤細胞凋亡的實驗研究[J]. 張仁民,姚陳果,陳新,莫登斌,孫才新.  高電壓技術. 2007(02)

博士論文
[1]高壓脈沖電場處理室內(nèi)多物理場對微生物滅活作用的研究[D]. 黃康.浙江大學 2013
[2]低溫等離子體和脈沖電場滅菌技術[D]. 鄭超.浙江大學 2013



本文編號：3263295