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体外癫痫神经元细胞膜显微结构的研究
目的 利用原子力显微镜观察体外癫痫神经元细胞膜显微结构.方法 将培养14 d的神经元放入"无镁"细胞外液处理3 h后,再重新放回含镁的正常细胞外液培养,利用膜片钳记录神经元的自发性电活动.将"无镁"细胞外液处理3h的神经元定为实验组,将未经"无镁"外液处理的神经元定为对照组.分别在80 μm×80 μm,2μm×2 μm和500 nm×500 nm扫描范围,对两组神经元细胞膜表面进行扫描,同时测量两组神经元表面相关结构的直径和深度.结果 膜片钳提示"无镁"细胞外液处理3 h和恢复正常外液14 d时,神经元存在自发的癫痫样放电.在扫描范围为80 μm×80 μm时,两组神经元细胞膜表面光滑;在2 μm×2 μm时,两组神经元细胞膜表面出现一些小凹;在500 nm×500 nm时,实验组神经元表面小凹的直径和深度分别为(114.86±9.33)nm和(5.71±0.69)nm,对照组为(116.4±9.13)nm和(5.69±0.71)nm,两组相比无显著性差异(P＞0.05).结论 原子力显微镜是进行细胞膜显微结构观察的良好工具;"无镁"外液处理神经元3 h,神经元细胞膜显微结构未发生改变.
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重铬酸钾和谷胱甘肽作用致小牛胸腺DNA损伤的原子力显微镜研究
目的 研究重铬酸钾和谷胱甘肽对小牛胸腺DNA的损伤.方法 利用原子力显微镜、紫外光谱两种分析方法观察DNA的超微结构变化和吸收光谱的改变.结果 单一重铬酸钾不能诱导DNA断裂,但将重铬酸钾和谷胱甘肽按一定比例和浓度混合同时作用于DNA时,则可以诱导小牛胸腺DNA断裂.紫外-可见吸收光谱分析也得到同样的结果,当重铬酸钾和谷胱甘肽共同作用DNA时,其大吸收峰呈增色效应.结论 从形态学和光谱学角度佐证了谷胱甘肽在引发铬(Ⅵ)化合物发生还原反应产生多种中间产物并导致人体细胞癌变中有重要作用.
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体外诱导Balb/C小鼠ES细胞定向分化为胰岛样细胞团的形态观察
目的体外诱导Balb/C小鼠胚胎干细胞定向分化为胰岛样细胞团,观察细胞表面形态学的变化.方法选用Balb/C小鼠ES细胞,经过拟胚体(EB)发育分化4 d后开始定向诱导培养,不同时间段分别向细胞培养基中添加碱性成纤维细胞生长因子、胰岛素样生长因子-1和尼克酰胺和N等细胞生长因子,使ES细胞定向分化为胰岛样细胞团.免疫细胞化学检测表达胰岛素和胰高血糖素的阳性细胞.原子力显微镜(AFM)原位扫描阳性细胞团.结果EB细胞生长为大小不一、境界清楚的细胞团,细胞团内细胞排列紧密.胰岛B细胞数量多,主要分布在细胞团的中央,边缘少,染色较淡.而表达胰高血糖素的A细胞主要分布在细胞团的边缘,数量相对较少.AFM扫描可见表达胰岛素的阳性细胞团,其表面有很多类似神经纤维束,接成网络状.在细胞质中,还有很多类圆形的颗粒物质,其大小几乎一致,粒径都处于0.5～1.0μm间.结论诱导分化得到的细胞团不仅有形态和功能上的成熟,而且还具备良好的组织结构,为细胞的移植疗法提供了可靠的凭据.
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骨组织结构显微形态分析
目的应用原子力显微镜和扫描电镜观察分析人长管状骨组织中的微观结构,以了解骨组织的超微结构以及胶原和矿物质的构成和形态.方法取新鲜人尸体肱骨标本,固定脱水,分别制作骨磨片和切成薄片,分别在光学显微镜、原子力显微镜和扫描电镜分析骨组织矿化区的结构.结果在光学显微镜下,骨陷窝呈环状排列在哈佛管周围,骨小管沟通骨陷窝与哈佛管和骨陷窝之间的联系.在原子力显微镜的观察下,大胶原蛋白的形态清楚显示;在矿化区胶原蛋白纤维增厚,呈小盘叠加形态,钙-磷晶体呈椭圆柱形状;可清晰观察到骨小管和骨陷窝的大小和形态及骨小管和骨陷窝的关系.在扫描电镜下,骨基质呈环形沿哈佛系统排列,钙-磷晶体之间相互呈规则排列.结论原子力显微镜可分析胶原蛋白和基质中钙-磷晶体的三维结构形态、骨小管和骨陷窝的三维构成及大小;骨小管是交流营养物质和分子信号到骨陷窝中骨细胞的通道.
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动态成像模式下蛋白A胶体金单分子三维构象原子力显微镜研究
目的确定葡萄球菌蛋白A胶体金分子特征性构象.方法应用原子力显微镜扫描生理状态下分布在云母表面的葡萄球菌蛋白A胶体金分子,并进行数据测定建模.结果葡萄球菌蛋白A胶体金分子为48.80 nm×42.13 nm×20.53nm"反C"形链状分子三维结构.结论原子力显微镜可以在生理状态下直观测定生物大分子纳米尺度直观结构;葡萄球菌蛋白A胶体金分子的特征性结构可以作为神经细胞膜表面N-甲基-D-天冬氨酸受体原子力显微镜观测的原位标记物.
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原子力显微镜观测CD34阳性细胞的形貌结构
目的用原子力显微镜观测正常人及表达CD34抗原的白血病细胞表面的形貌结构,并比较两者的异同.方法从健康人和M2b型白血病患者各3例骨髓标本中分离出单个核细胞,利用免疫磁柱法纯化CD34+细胞,流式细胞仪检测其纯度.用光学显微镜和原子力显微镜进行观测.结果光学显微镜下两种来源的CD34+细胞形貌相似.原子力显微镜下可观测到细胞表面有许多微绒毛突起,表面粗糙度在不同来源细胞内部呈正态分布,正常人及表达CD34抗原的白血病细胞表面在平均粗糙度、均方根粗糙度方面有显著差别.结论M2b型CD34+白血病细胞较正常CD34+细胞表面皱折程度显著降低.
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原子力显微镜单分子力谱技术在G四链体研究中的应用
端粒在细胞的生理病理过程中起到至关重要的作用.端粒末端有一段富含鸟嘌呤(G)的单链DNA重复序列,该序列在单价金属离子如Na+或K+作用下可以折叠形成G-四链体结构,这一结构不能被端粒酶延长,从而抑制了端粒酶的活性,因此成为了潜在的抗癌药物作用靶点.目前,寻找能够稳定DNA G-四联体结构形成的小分子配体成为了许多抗癌药物设计的新思路.研究这些小分子配体与G-四链体的作用强度对高效抗癌药物的筛选尤为重要.单分子力谱技术可以直接观察到小分子配体与G-四链体间的相互作用.本文主要综述了原子力显微镜单分子力谱技术在G-四链体及其与小分子配体相互作用的研究进展,并对单分子力谱技术在G-四链体中的应用和发展趋势进行了总结和展望.
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原子力显微镜在生命科学研究中的应用
原子力显微镜(AFM)是目前新的生物成像操纵技术之一,制样简单,可以在多种环境条件下原子分辨率三维成像以及进行生物分子之间力的测定及操纵调控.目前国际上AFM主要应用于组织、细胞微生物、生物大分子纳米水平形态结构功能研究及生物单分子相互作用、生物过程操纵调控等研究领域.虽然存在着针尖碳纳米管衍化、柔软生物样品硬化、结果解释待改进等局限性,但AFM必将成为生命科学研究的重要手段.
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NB4细胞分化来源的中性粒细胞与正常中性粒细胞的比较研究
目的:探索白血病NB4细胞经全反式维甲酸(ATRA)诱导分化成熟后的中性粒细胞是否与正常中性粒细胞(PMN)之间存在差异,以了解急性早幼粒细胞白血病(APL)细胞的生物学特性.方法:ATRA诱导NB4细胞24、48、72、96h后,瑞氏染色观察细胞分化情况、原子力显微镜(AFM)观察细胞表面地貌形态变化;NBT还原实验、吞噬杀菌功能实验和趋化功能实验研究细胞功能.结果:NB4细胞经ATR诱导72 h后,细胞基本分化成熟,细胞核出现分叶,核/质比下降,与正常PMN相比,细胞直径相对较大,NBT还原率下降,趋化功能下降,但吞噬杀菌功能正常.AFM探测细胞机械性能发现,随着ATRA作用时间的延长,NB4细胞发生不同程度的形变,细胞体积增大,高度降低,均方根粗糙度(Rq)和平均粗糙度(Ra)降低.结论:ATRA诱导NB4分化成熟后的细胞和正常PMN,在形态和功能上存在一定差异.
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正常人脐静脉内皮细胞的原子力显微镜观察
目的:利用原子力显微镜(AFM)在单细胞水平分析正常人脐静脉内皮细胞的形貌特征和机械性质,为了解内皮细胞结构与功能的关系奠定基础.方法:新鲜人脐静脉内灌注质量分数为0.25%胰蛋白酶消化,获得人脐静脉内皮细胞(HUVECs),M199培养基进行培养,免疫细胞化学检测内皮细胞第Ⅷ因子的表达.将体外培养的HUVECs用质量分数为4%多聚甲醛固定,空气中干燥后用原子力显微镜进行观察.结果:HUVECs体外生长3～4d后可铺满单层,细胞呈长梭形,蛋白水平高表达第Ⅷ因子.细胞周期显示77.7%细胞处于G1期.AFM形貌图显示细胞呈长梭形,长径是45～55μm、短径是23～28μm、高度是280～400 nm.AFM分析细胞膜表面超微结构的几何参数,高低差(Rp-v)是(150.40±11.26)nm,均方根粗糙度(Rq)是(36.17±5.58)nm,平均粗糙度(Ra)是(26.80±5.54)nm,平均高度(Meant Ht)是(144.2±13.35)nm.利用AFM高空间分辨率的力位移曲线测量系统.测出细胞膜表面的黏附力约为800 pN,硬度是(1.12±0.24)mN/m.结论:AFM能对内皮细胞表面的超微结构进行成像并提供准确而客观的信息,有助于加深对内皮细胞结构与功能关系的理解.
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超抗原SEA体外对Jurkat T淋巴细胞增殖活性与表面超微结构的影响
目的:通过显微形态观察和功能检测分析超抗原(SEA)对Jurkat T淋巴细胞的影响.方法:应用CCK-8法,原子力显微镜(AFM)体外检测Jurkat T淋巴细胞增殖活性、及其细胞膜超微结构的改变.结果:与对照组比较,不同浓度的SEA随着作用时间的增加,细胞膜超微结构与Ra值明显发生改变.Jurkat T淋巴细胞经过质量浓度为0.1-100 mg/L SEA,作用48 h期间,Jurkat T细胞的表面超微结构(平均粗糙度,Ra)和增殖活性(A值)变化非常明显.其中,质量浓度10 mg/L SEA作用24 h,Jurkat T淋巴细胞表面结构变化明显,而细胞增殖活性在48 h达强.结论:SEA作为超抗原作用于Jurkat T淋巴细胞后,Jurkat T淋巴细胞的活化表现出表面形态结构改变先于代谢水平的改变,较后者更灵敏.
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丹酚酸B诱导分化的小鼠胎脑神经干细胞膜结构特征
目的:观察丹酚酸B诱导小鼠胎脑神经干细胞分化后细胞膜结构.方法:取孕13.5 d小鼠胎脑,机械分离神经干细胞,用Nestin免疫细胞化学进行鉴定.丹酚酸B诱导其分化为神经元样细胞,用原子力显微镜观察分化后的细胞膜结构.结果:神经干细胞经诱导分化为典型的神经元形态,细胞呈聚集悬浮生长,发出突起和分支.用原子力显微镜观察到对照组细胞膜有一些形态不规则,边缘光滑的窗孔样结构及小凹,膜表面粗糙,丹酚酸组亦有相似结构,窗孔样结构大而深且小凹聚集,其密度较对照组明显增大(P＜0.05),膜粗糙度与对照组无显著差异(P＞0.05).结论:丹酚酸B诱导神经干细胞分化的神经元细胞膜的窗孔样结构与小凹明显增多,可能与增强细胞内外物质交换功能和促进细胞内信号转导有关.
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基于AFM对蝙蝠葛碱诱导NB4细胞凋亡的研究
[目的]探讨蝙蝠葛碱对急性早幼粒细胞白血病(APL) NB4细胞增殖的影响和可能的细胞凋亡机制.[方法]采用CCK-8法检测NB4细胞的存活率,原子力显微镜(AFM)探测蝙蝠葛碱作用NB4细胞前后细胞形态及超微结构的变化,流式细胞术检测细胞凋亡率、线粒体膜电位和活性氧的变化.[结果]蝙蝠葛碱能显著抑制NB4细胞生长增殖,20～80μmol/L蝙蝠葛碱处理细胞24 h后,细胞存活率从(86.5±11.7)％下降到(4.1±0.5)％；以10～40 μmol/L蝙蝠葛碱处理NB4细胞24h,流式细胞术分析显示,细胞凋亡率和细胞内活性氧含量上升、线粒体膜电位下降.AFM探测表明,正常NB4细胞呈圆形,细胞饱满,表面较光滑.蝙蝠葛碱处理组细胞皱缩,细胞表面的平均粗糙度增大.[结论]蝙蝠葛碱能显著抑制NB4细胞增殖并诱导其凋亡.
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甲状腺素在细胞超微水平对人脐静脉血管内皮细胞增殖及迁移的影响
目的：观察甲状腺素对体外培养的人脐静脉血管内皮细胞（ HUVECs ）增殖、迁移的影响。方法采用噻唑兰比色法检测各浓度（0、10-10、10-9、10-8、10-7、10-6 mmol/L）甲状腺素对HUVECs增殖的影响；细胞划痕实验及Transwell实验检测甲状腺素（0、10-9、10-7 mmol/L）对HUVECs迁移的影响；利用原子力显微镜（ AFM）观察甲状腺素（0、10-9、10-7 mmol/L）对HUVECs 细胞表面超微结构的影响。结果与0 mmol/L相比，10-10、10-9、10-8、10-7、10-6 mmol/L甲状腺素处理的HUVECs的增殖率明显增大，增殖率分别为（11.572±0.68）％、（18.549±7.53）％、（24.183±4.02）％、（38.724±1.98）％、（32.492±0.76）％，并且细胞增殖程度与甲状腺素浓度（10-10～10-7 mmol/L）呈剂量依赖关系（P＜0.01）；10-9、10-7 mmol/L甲状腺素处理的HUVECs的迁移距离和迁移数量均较0 mmol/L明显增大（ P＜0.01），迁移距离和迁移数量依处理浓度的由低到高分别为（18.649±2.370）、（58.176±4.163）、（140.354±25.239）μm和（37.673±2.302）、（73.860±2.608）、（117.405±5.128）个；甲状腺素可使HUVECs 表面超微结构发生明显改变，表现为细胞表面粗糙度增加，突起增大及数量增多。结论甲状腺素可以改变HUVECs表面的超微结构，促进血管内皮细胞形成突起及伪足，进一步促进血管内皮细胞的增殖、迁移。
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葡萄球菌蛋白A胶体金分子结构特点及作为原子力显微术标记物的可行性
目的 分析葡萄球菌蛋白A胶体金(SPA-CG)分子的特征性构象特点,探讨其作为原子力显微镜观测原位标记物的可行性.方法 应用原子力显微镜扫描生理状态下分布在云母表面的葡萄球菌蛋白A胶体金分子,并进行结构分析及理论计算.结果 极少数平卧的SPA-CG呈中部球形隆起,两端长短不一的弯曲棒状肽链环抱球形隆起的独特结构,形成反"C"字形结构,球形隆起直径为单个胶体金直径的3～4倍;极少数SPA-CG呈逗号样;绝大多数SPA-CG呈一侧面稍凹的椭球形结构,结构稳定、均一,长径为(40.88±1.58)nm,宽径为(20.82±0.68)nm,高度(Z轴)为(10.51±0.28)nm.结论 单个胶体金标记的葡萄球菌蛋白A分子具有独特、稳定、均一的特征性构象,可作为原子力显微术观测的原位标记物.
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IgG胶体金分子构象的原子力显微镜检测
目的 确定羊抗鼠IgG胶体金分子的构象.方法 应用原子力显微镜扫描生理状态下分布在云母表面的羊抗鼠IgG胶体金分子,并应用随机附带的软件进行统计分析.结果 羊抗鼠IgG胶体金分子为22.0nm×9.0nm×5.7nm的"椭圆球状"结构.结论 羊抗鼠IgG胶体金分子具有均一稳定的特征性构象.原子力显微镜可以用于测定生物大分子纳米尺度的结构.
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顺铂诱导肝癌HepG2细胞凋亡的原子力显微镜研究
目的：应用原子力显微镜（atomic force microscope， AFM）研究顺铂对肝癌HepG2细胞的作用，在纳米级水平上分析顺铂诱导HepG2细胞凋亡的超微结构变化。方法：顺铂处理HepG2细胞24 h、48 h 后，通过AFM分析细胞表面形貌和超微结构变化；同时，MTT法检测细胞的增殖抑制率，流式细胞术检测细胞凋亡率。结果：AFM检测到随着顺铂作用时间延长，HepG2细胞形变程度加深；细胞膜表面形成的凹陷和孔洞增多；细胞膜表面粒径大小、高低差（Rp-v）、平均粗糙度（Ra）、均方根粗糙度（Rq）和平均高度（Meant Ht）均显著增加；细胞增殖抑制率及凋亡率明显升高。结论：顺铂使HepG2细胞形态皱缩、细胞膜表面孔洞形成及粗糙度增加，进而诱导细胞的凋亡。
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紫杉醇对Daudi细胞增殖活性与表面超微结构的影响
目的:研究紫杉醇对Burkitt淋巴瘤细胞株Daudi细胞凋亡的影响.方法:用原子力显微镜(AFM)分析细胞膜超微结构的改变,CCK8法检测Daudi细胞增殖活性,流式细胞术(FCM)测定凋亡率.结果:AFM显示紫杉醇可引起细胞形貌的改变,正常Daudi细胞呈圆形,表面较光滑:紫杉醇处理后,Daudi细胞坍塌,细胞表面粗糙、凹凸不平.紫杉醇对Daudi细胞的增殖具有抑制作用,且呈时间浓度依赖性.FCM检测示Daudi细胞凋亡率各实验组均明显高于对照组(P<0.05),呈浓度依赖性.结论:紫杉醇可改变细胞膜超微结构,抑制Daudi细胞的增殖,促进其凋亡.
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5-氟尿嘧啶-纳米金复合体抑制HepG2细胞的增殖
目的:5-氟尿嘧啶-纳米金复合体(5-fluorouraeil-gold nanoeonjugate,5-FU-GNP)的合成及其时HepG2细胞增殖抑制作用的观察.方法:采用化学合成法制备5-FU-GNP,并通过荧光淬灭实验和动态激光散射仪对其进行鉴定.细胞实验分为5-Fu处理组、5-FU-GNP处理组和空白对照组.将HepG2细胞种于放有盖玻片的6孔板.培养24 h后各组分别加入1.25 ms/mL的5-FU溶液、1.25 mg/mL的5-FU-GNP溶液和无血清培养液2 mL,继续培养24 h后固定,原子力显微镜(AFM)观察药物对HepG2细胞的增殖抑制作用;MTT比色法检测各组HepG2细胞增殖抑制率.结果:5-FU(2.5 ms/mL)的荧光强度为23 620.7±752.9,5-FU-GNP(2.5 mg/mL)荧光强度为1 909.0±283.9(P<0.01);GNP粒径为(13.20 ±1.15)nm,5-FU-GNP粒径为(21.67 ±3.64)nm(P<0.05).AFM观察到药物处理后HepG2细胞膜内陷,粗糙度增加,表面孔径增大,出现较大的孔洞,以5-FU-GNP处理组变化更为明显.MTT比色法结果显示5-FU-GNP处理组HepG2细胞增殖抑制率为(52.07±1.07)%,明显高于5-FU处理组:(36.78±3.24)%(P<0.01).结论:本实验成功合成了5-FU-GNP,原子力显微镜及MTT检测结果证实其较单纯5-FU对HepG2细胞有更强的增殖抑制作用.
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原子力显微镜下Damon-Q托槽滑过不同方丝后方丝表面结构变化的初步研究
目的 探讨在牙齿移动过程中Damon-Q自锁托槽滑过不同方丝表面对方丝结构产生的影响,从弓丝结构损坏方面探寻佳的自锁托槽与弓丝的配对组合.方法 对2例已拔除4个第一前磨牙、戴用Damon-Q自锁托槽矫治器治疗的错(牙合)畸形患者,分别使用0.018"×0.025"(粗丝组)、0.016"×0.022"(细丝组)不锈钢片段弓拉尖牙远移关闭拔牙间隙.在原子力显微镜下观察测量托槽滑过段弓丝、未有托槽滑过的磨牙前段弓丝于托槽滑动前后四个面三维结构的改变情况.结果 (1)尖牙滑动前后粗丝组托槽滑过段弓丝上下宽面、内窄面的St值差异有统计学意义(P＜0.05),滑动前后上宽面的St(峰沟总高度)为(625.5±346.2)砌和(244.4±134.4) nm,下宽面的为(628.5±258.7)nm和(329.5±137.4)nm,内窄面的为(275.5±306.0) nm和(480.2±153.5) nm,外窄面结构无变化.细丝组托槽滑过段弓丝滑前后下宽面St值分别为(223.8±110.1)nm和(122.7±52.8)nm,内窄面的为(391.9±133.2) nm和(775±267.1)nm,上宽面、外窄面结构无变化.(2)粗丝组磨牙前段弓丝在尖牙滑动前后上宽面St值差异有统计学意义(P＜0.05),为(385.9-±238.2)nm和(157.5 ±40.5)nm.细丝组外窄面St值差异亦有统计学意义(P＜0.05),为(41.5±183.7)nm和(175.0±199.1)nm.结论 (1)尖牙滑动前后尖牙滑过段粗、细弓丝内窄面均变粗糙,其余三个面结构不变或略变光滑.(2)从对弓丝表面结构影响趋势来看,Damon-Q自锁托槽均可与0.018"×0.025"或0.016"×0.022"方丝配对来关闭拔牙间隙,效果接近.
关键词： 原子力显微镜 Damon-Q自锁托槽 方丝 三维结构
