电场对细胞影响的研究进展*

概述了近年国内外在电场对细胞影响领域的研究成果 ,阐述了由电场引起的细胞定位、特性运动、向电生长等电特性的机理及其在生物细胞工程中的应用。     

视网膜感光细胞对仿生电场刺激的非矢量应答

正常状态下眼组织的细胞暴露于生物体内生电场中,故电场可以调控眼组织细胞一系列的生物学性能.细胞对电场信号的应答可分为两个方面,细胞对电场矢量的应答(迁移、定向生长等)和细胞对电场刺激的非矢量应答(增殖、凋亡等),而细胞对电场矢量的应答是最常见的应答现象.同时,细胞外的电场也能引起细胞内的信号转导,进而调控细胞的行为,但是对细胞内的应答机制目前知之甚少,所以对细胞非矢量性应答的机制也了解甚少.而感光细胞对电场刺激非矢量性应答的分子机制目前研究处于空白阶段,故本研究着重于探究感光细胞对于电场刺激的非矢量性应答的机制.为了探究电场刺激对感光细胞的影响,本课题组自主研发了一款电场刺激仪,研究发现,60和90 m V/mm强度的电场刺激能提高细胞活性,促进细胞增殖.检测基因表达谱,利用通路分析发现,Ca~(2+)离子依赖的ERK通路在细胞对电场刺激的应答中扮演重要角色.实验结果进一步证明,电场刺激促进Ca~(2+)离子内流进而改变了感光细胞的生长平衡,可以预见电场影响感光细胞的离子转运在感光细胞对电场刺激的应答过程中具有重要的意义.总而言之,本课题组发现,电场影响细胞内外的Ca~(2+)离子流,引发细胞内一系列的级连反应,使细胞的生长状态发生了改变.     

低频脉冲电场对胰岛素介导的细胞增殖影响及其作用机理研究

本文以胞外信号分子胰岛素为研究对象,从细胞信号系统与电磁场相互耦合角度,通过MTT比色法和间接免疫荧光技术研究脉冲电场(f=50Hz,τ=20μS,Epp=1V/m)对人肝细胞(L-02细胞株)的增殖能力以及胰岛素与细胞表面受体的专一结合特性的影响。MTT比色分析结果发现在脉冲电场对细胞增殖的直接作用中,处理5、10、20分钟对细胞增殖的抑制百分率分别为10.13％、18.10％和11.85％;脉冲电场对细胞增殖的间接作用中,胰岛素经脉冲电场处理20、40分钟,对细胞增殖的抑制百分率分别为10.31％和14.12％;流式细胞术检测结果表明细胞悬液和胰岛素共同经脉冲电场处理20分钟组其平均荧光强度降低22.74％,仅胰岛素受电场处理组和仅细胞受电场处理组的平均荧光强度分别下降12.96％和10.51％。本实验结果显示 脉冲电场对人肝细胞的作用体现在两个方面:一是电场直接作用于细胞膜上的胰岛素受体及其他膜成分;二是脉冲电场还可通过改变培养基中的胰岛素分子的构像,影响胰岛素与受体的结合能力,进而影响细胞的增殖等活动。     

电场对生物细胞的作用及其实际应用

电场对细胞作用的研究是细胞生物物理学的传统领域之一。近年来由于引入了新的技术和方法,使电场在生物与医学的实际应用方面开辟了广阔的途径。在所应用的电场中,无论是高电压强脉冲或是弱的交变场电脉冲都能对生物细胞的活动产生作用,并伴随许多后续的影响(见表1)     

外源性电场对组织修复过程中细胞行为的影响

组织修复涉及一系列复杂的生理学、免疫学及细胞生物学过程。研究表明,受损组织周围存在着一定强度的内源性电场,类似生理强度的外源性电场能指导细胞定向迁移、控制细胞极化、调节细胞增殖和分化等一系列生物学行为。该文针对外源性电场在伤口愈合、骨组织愈合以及血管新生过程中的细胞生物学作用及其对修复过程中组织水平的影响进行综述,以期为外源性电场在今后临床中的应用提供参考。     

PIEZO1影响HaCaT细胞的趋电性迁移

目的 伤口中心产生的内源性电场是指导细胞定向迁移促进伤口愈合的重要因子。PIEZO1是机械门控阳离子通道家族成员之一,它参与细胞迁移,影响细胞的趋化迁移,并且受到电压的调节,在伤口愈合过程中发挥重要作用。但PIEZO1是否参与影响电场指导的细胞定向迁移过程尚不清晰,本文以HaCaT细胞为模型探讨PIEZO1及其下游相关蛋白质对细胞趋电性迁移的影响。方法 应用活细胞工作站追踪HaCaT细胞在微直流电场中的迁移,使用抑制剂及RNAi技术调控PIEZO1功能和表达,研究PIEZO1对于细胞趋电性迁移的影响;用蛋白质印迹（Western blot）检验细胞的整合素（integrin） β1与FAK磷酸化水平在电场作用下的变化情况,探讨PIEZO1与integrin β1及FAK等对电场信号的响应及细胞趋电性迁移的影响。结果 PIEZO1广谱抑制剂钌红、GsMTx4和RNAi处理显著抑制了HaCaT细胞向正极趋电性迁移的能力;电场和GsMTx4单独作用升高FAK磷酸化和integrin β1表达,GsMTx4阻止电场进一步升高FAK的磷酸化水平和integrin β1表达;siRNA干扰PIEZ...     

不同强度高压电场对A549肺癌细胞肿瘤生物学特性的影响

目的：探讨不同强度高压电场对A549肺癌细胞肿瘤转移生物学特性的影响。方法：选择处于生长周期的A549细胞,共分为7个组进行研究,其中A-F组为实验组,G组为不施加电场的空白对照组,A施加500V/cm强度高压电场,F组施加1750V/cm的高压电场,电压场强间隔为250V/cm。采取粘附实验、侵袭及转移实验,检验A549细胞在不同强度高压电场中,其肿瘤生物学转移特性的改变。结果：①各实验组与对照组、各实验组之间的细胞粘附能力,均存在显著性差异（P〈0.05）;②电场强度≥750V/cm时,各实验组之间、及其与对照组之间的细胞迁移能力,存在显著性差异（P〈0.05）;③电场强度≥1000V/cm时,各组与对照组间的细胞侵袭能力,存在显著性差异（P〈0.05）;④电场强度为1000-1250V/cm的各组与1500-1750V/cm各组间的细胞侵袭能力,存在显著性差异,有统计学意义（P〈0.05）。结论：不同强度的电场抑制A549肺癌细胞的程度不同,随着强度的增加,A549细胞粘附、迁移和侵袭能力的抑制现象依次出现,并随着电场强度的增加其抑制程度也持续增加。     

脉冲电场对人红细胞膜结构影响的冷冻断裂研究

对外加脉冲电场处理的人红血球冷冻断裂和蚀刻的复型观察中发现在强电场作用下,细胞周围有颗粒状和纤维状结构。结合ＳＤＳ电泳分析证明了它们是由于在电场作用下,红血球膜的带３蛋白和膜骨架蛋白（血影蛋白）脱出的结果。在强电场作用下,由于膜蛋白和膜骨架蛋白的脱出造成了对细胞膜的损伤,使细胞膜稳定性降低,细胞易变形和形成伪足。由于膜蛋白的脱出,多余的自由脂进入细胞质内而形成泡状结构。外电场改变了蛋白－蛋白以及蛋     

细胞电融合法生产杂交瘤

细胞电融合过程包括使用交流电场使悬浮在缓冲液中的细胞排列成串,然后高压脉冲电流作用使细胞膜发生瞬时破裂,相邻细胞的细胞膜融合,继续受交流电场作用完成细胞融合。已经证明细胞电融合技术可用于杂交瘤生产,单克隆抗体生产以及细胞表面标记物细胞间的传递过程。     

纳秒脉冲电场对人卵巢癌顺铂敏感及耐药细胞的凋亡诱导效应及机制研究

利用纳秒脉冲电场(nanosecond pulsed electric fields,ns PEFs)治疗肿瘤具有潜在优势。该研究探讨了纳秒脉冲电场对体外培养的人卵巢癌顺铂敏感细胞COC1及顺铂耐药细胞COC1/DDP的生长抑制、凋亡诱导效应及其机制。CCK-8法分析显示,纳秒脉冲电场降低COC1及COC1/DDP细胞存活率,而且抑制效应呈明显时间依赖效应。流式细胞术检测结果结合Hoechst 33342荧光染色结果表明,纳秒脉冲电场可诱导COC1及COC1/DDP细胞发生凋亡。JC-1荧光染色及caspase-3蛋白酶活性检测表明,纳秒脉冲电场处理可引起COC1及COC1/DDP细胞线粒体膜电位降低及caspase-3活性增强。流式细胞术检测细胞周期显示,纳秒脉冲电场可将COC1细胞周期阻滞于S期。以上研究结果揭示,纳秒脉冲电场可以抑制COC1及COC1/DDP细胞增殖,诱导细胞凋亡,线粒体途径凋亡为其可能机制。