原子力显微镜在染色体研究中的应用

原子力显微镜(Atomic force microscopy, AFM)是一种具有超高分辨率的显微成像仪器, 可在空气、真空和液体环境下对样本的表面结构进行实时观察。文章介绍了AFM的工作原理, AFM相对于其他种类显微镜在观察生物样本方面的显著优势, 并综述了AFM在染色体研究中的应用和进展。     

猪脂肪前体细胞分化过程中聚脂相关基因的表达模式

本实验采用胶原酶消化法分离猪皮下脂肪前体细胞,用含850 nmol/L 胰岛素和50 nmol/L地塞米松的诱导培养液进行诱导,采用油红O提取法测定了细胞中的甘油三酯含量,同时采用实时定量RT-PCR方法检测了细胞分化过程中聚脂相关基因的表达.结果显示:转录因子PPAR γ和C/EBP β在诱导后12 h即迅速表达,SREBP-1 mRNA表达水平在诱导后12 h出现显著下调,随后逐渐升高,96 h达到最高水平;脂肪合成相关酶基因GPDH、FAS、ACC和LPL呈现出与SREBP-1相似的表达模式;脂肪酸转运相关基因aP2、FAT、FATP1与VLDLR的表达量随着细胞分化过程的延长而不断增加,并且与细胞内甘油三酯的含量变化高度相关.本实验结果表明,PPAR γ、C/EBP β和SREBP-1可能是调控猪脂肪前体细胞分化的关键转录因子.猪皮下脂肪组织在聚脂过程中,在分化早期可能以脂肪细胞自身合成脂肪酸为主,而后期则主要依赖细胞外脂肪酸的跨膜转运.这些结果可能有助于揭示脂肪细胞的分化调控规律.     

原子力显微镜及其在肿瘤研究中的应用

原子力显微术是一种利用原子、分子间的相互作用力来观察物体表面超微结构的新型实验技术.介绍了原子力显微镜作为一种显微探测和操纵工具的主要特点及其在肿瘤研究中的优势,评述了国内外有关原子力显微镜在肿瘤的诊断、治疗、抗肿瘤药物开发等研究中的应用情况,展望了原子力显微镜应用于肿瘤单细胞研究的前景.     

原子力及原子力声显微镜应用于生物学领域的回顾与展望

回顾了显微镜的发展史,着重介绍了原子力显微镜的工作原理,工作模式,成像特点及其在生物学领域的应用。对最新的原子力声显微镜的发展做了展望。     

碳纳米管原子力显微镜探针的生物学应用

原子力显微镜 (ａｔｏｍｉｃｆｏｒｃｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ,ＡＦＭ )是一种具有原子级分辨率的超微结构研究工具 ,由Ｂｉｎｎｉｇ等于1986年发明 .探针是决定ＡＦＭ分辨率的核心部件 .近几年来 ,碳纳米管成为制备ＡＦＭ探针的新材料 .碳纳米管于 1991年首次被发现 ,是由碳六元环构成的石墨烯按一定方式卷曲形成的无缝、中空、纳米级管状结构 ,它具有很高的强度 ,杨氏模量约 1 0Ｔｐａ,还具有很好的弹性 ,受较大负荷时既不破裂也不发生塑性变形 .单壁碳纳米管半径可达 0 2～ 2 5ｎｍ .碳纳米管的结构和性质符合高分辨率ＡＦＭ探针的要求 …     

原子力显微镜在生物医学上的应用

原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)是扫描探针显微镜(SPM)的一种,其分辨率达到纳米级,能对从原子到分子尺度的结构进行三维成像和测量,能观察任何活的生命样品及动态过程。本文概述了AFM的基本工作原理及在生物医学上对DNA、蛋白质、细胞及生物过程等方面进行的研究。     

应用原子力显微镜分析苯甲酸钠生物毒性

应用原子力显微镜(Atomic force microscope, AFM)在单细胞水平上研究食品防腐剂苯甲酸钠(Sodium benzoate, SB)的生物毒性, 从可视化的角度分析了淋巴细胞与不同浓度SB作用不同时间后其形态及其膜超微结构的影响。结果与正常淋巴细胞相比, 随着与淋巴细胞作用的SB浓度和作用时间的增加, 细胞形态及细胞膜明显发生改变, 其超微结构也趋复杂。经SB作用后的细胞高低差Rp-v、均方根粗糙度Rq、平均粗糙度Ra、平均高度4个几何参数值均明显发生改变。对经SB作用后的淋巴细胞进行统计学分析, 并探讨了其作用机制。     

罗格列酮对猪脂肪前体细胞分化过程中聚脂相关基因表达模式的影响

为了解罗格列酮对猪脂肪前体细胞诱导分化过程的影响, 利用胶原酶消化法分离猪皮下脂肪前体细胞, 采用含50 nmol/L胰岛素、100 nmol/L地塞米松及0.25 mmol/L 3-异丁基-1-甲基黄嘌呤的分化培养液Ⅰ(对照组)和在分化培养液Ⅰ中添加100 nmol/L罗格列酮的分化培养液Ⅱ(实验组)两种诱导分化方法对脂肪前体细胞进行诱导分化, 借助实时定量RT-PCR方法检测了细胞分化过程中聚脂相关基因的表达。结果显示: 罗格列酮对PPARγ、C/EBPα、FABP4、FASN和GPAT基因的表达有显著的上调作用, 而对PPARα有一定的下调作用。试验组中PPARα、PPARγ、C/EBPα、FABP4、FASN和GPAT等基因分别于48 h、48 h、48 h、108 h、60 h和24 h达到表达高峰, 此时的表达量分别是诱导前的1.7、48、3.3、487.5、5.8和3.6倍, GPAT同PPARα和FASN基因表达量间均达到显著相关(P<0.05); 而对照组中PPARα、PPARγ、C/EBPα、FABP4、FASN和GPAT等基因分别于84 h、96 h、48 h、96 h、36 h和36 h达到表达高峰, 此时的表达量分别是诱导前的2.1、11、1.6、216.5、3.5和2.8倍, GPAT同PPARα和FASN基因表达量间均达到极显著相关(P<0.01)。本实验结果表明: 罗格列酮不仅可以极大的促进PPARγ和C/EBPα基因的表达, 还能让其协同达到表达高峰; PPARγ和C/EBPα可能是调控猪脂肪前体细胞分化的关键转录因子; 在脂肪形成过程中, 甘油脂类的生物合成可能发生较早, 同时PPARα可能主要参与甘油脂类生物合成的调控。     

猪脂肪干细胞的特点及其应用

脂肪干细胞(adipose-derived stem cells,ADSCs)是从脂肪组织中分离得到的一种具有多元分化潜能的干细胞,且脂肪组织在人体内的储量丰富,取材简单。因此,人源脂肪干细胞(human adipose-derived stem cells,hADSCs)具有良好的应用前景,如干细胞治疗、再生以及药物研发等。然而,要将这些基础研究成果应用于临床,必须通过临床前的安全性、可行性和潜在的风险评估。而在实验动物中,猪与人类在解剖学、遗传学和生理学上非常相似,因此猪脂肪干细胞(porcine adiposederived stem cells,pADSCs)的相关研究对人脂肪干细胞走向临床应用具有重要的理论及实践意义。基于猪脂肪干细胞的重要作用,本文综述了猪脂肪干细胞的分离、培养、免疫表型、分化能力及应用前景。     

猪脂肪间充质干细胞的分离培养及其成脂分化

脂肪间充质干细胞(Adipose mesenchymal stemcell,AMSCs)是一类来源于脂肪组织并具有多向分化潜能的干细胞。近年来的研究证明,脂肪组织具有取材方便和干细胞含量高的优势,有望在研究与应用领域成为骨髓干细胞的替代物。猪是一种比啮齿类更接近人类的模式动物,具有较强的脂肪沉积能力。本研究探讨了猪脂肪间充质干细胞的体外分离纯化、培养扩增和向脂肪细胞诱导分化的条件。采用Ⅰ型胶原酶消化分离脂肪微管基质成分,传代培养扩增,流式细胞仪检测细胞表面标记。取第3-7代AMSCs,采用不同方法诱导AMSCs向脂肪细胞分化,光学显微镜下可观察到诱导后的细胞内有高折光性的小脂滴出现,油红O染色成阳性,不同诱导方法诱导率不同。被诱导细胞用RT-PCR可检测到脂肪细胞分化标志基因LPL和PPARγ的表达。结果表明可以从脂肪组织中分离培养出AMSCs,经传代后可提高其纯度。CD44、CD105表达呈阳性,CD14、CD34、S-100、HLA-DR呈阴性,在合适的诱导条件下,可向脂肪细胞分化。     

难溶性药用纳米微粒的原子力显微检测

建立用原子力显微镜(AFM)检测难溶性药用纳米微粒的方法。将纳米微粒配成一定浓度的悬浮液,以新鲜裂解的云母表面作为样品载体,在室温下用AFM的接触模式成像,用粒度分析软件进行粒度分析。以此方法对两种微粒(活性炭及氧化锌纳米微粒)进行了成像和测量,同时对两种样品进行透射电镜(TEM)观察。AFM检测结果显示,纳米活性炭微粒形态近似球形,表面较平滑,平均直径为(299±187)nm;纳米氧化锌微粒呈球形,平均直径(50±20)nm,与TEM检测结果具有较高一致性。该法简便可靠。     

原子力显微镜研究小鼠免疫球蛋白G自组装

应用原子力显微镜观察小鼠免疫球蛋白G样品,结果不管是IgG1还是IgG1与IgG2的混合样品,在制样2-3d后,均发现有圆环状聚集区,也有部分圆面状聚集区域,一般环中心有核,核为IgG分子多聚体的再聚集,多聚体中亚基（单体）数目因环而异,在圆环和贺湎状区域外,也有零星分散的聚集体,不参与成环,另外,IgG1和IgG1 IgG2聚集情况有所不同,后者更倾向于形成圆面状聚集,另外,在聚集发生前,亚基已自组装形成各种形状的多聚体,然后多聚体进一步聚集形成各种圆环或圆面状,对免疫球蛋白G先自组装而后聚集的过程,从生物学,物理学角度作了初步解释。     

Ethambutol-induced alterations in Mycobacterium bovis BCG imaged by atomic force microscopy

Progress in understanding the structure-function relationships of the mycobacterial cell wall has been hampered by its complex architecture as well as by the lack of sensitive, high-resolution probing techniques. For the first time, we used atomic force microscopy (AFM) to image the surface topography of hydrated Mycobacterium bovis bacillus Calmette Guérin cells and to investigate the influence of the antimycobacterial drug ethambutol on the cell wall architecture. While untreated cells showed a very smooth and homogeneous surface morphology, incubation of cells in the presence of ethambutol caused dramatic changes of the fine surface structure. At 4 micro g mL(-1), the drug created concentric striations at the cell surface and disrupted a approximately 8 nm thick cell wall layer, attributed to the outer electron-opaque layer usually seen by electron microscopy, while at 10 micro g mL(-1) an underlying approximately 12 nm thick layer reflecting the thick electron-transparent layer was also altered. These noninvasive ultrastructural investigations provide novel information on the macromolecular architecture of the mycobacterial envelope as well as into the destructuring effects of ethambutol.     

原子力显微镜在生物学研究中的应用进展

原子力显微镜（atomic force microscope,AFM)具有原子级分辨率,能够在生理条件下对生物样品进行观察,本综述了AFM的原理及技术要点,举例说明了它在核酸,蛋白质,微生物及细胞等领域的应用进展,相信AFM必将在生物学研究中起到越来越重要的作用。     

原子力显微技术在酶学研究中的应用

酶在生物体的生命活动中占有及其重要的地位,机体功能的和谐统一有赖于酶的作用。原子力显微技术(AFM)作为一门新发展起来的技术,为人们认识酶的结构与功能提供了又一新的窗口。AFM能够在生理条件下对生物样品进行三维成像,在分子水平上实时监测生理生化反应。AFM还能够在皮牛顿精度上测定分子间作用力。目前,AFM已用于单分子酶的化学性质及其作用原理的研究。本简述AFM在酶学中的应用情况。     

原子力显微镜观测血卟啉单甲醚对细菌光动力杀伤作用

[目的]探讨血卟啉单甲醚(Hematoporyrin monomethyl Ether,HMME)对革兰氏阳性(G )、阴性(G-)菌的光动力杀伤作用.[方法]通过平板菌落计数法和原子力显微镜(AFM),观察细菌与HMME作用前后形貌的变化.[结论]当HMME浓度为50 μg/mL,可见光(光功密度为200 mW/cm2)光照30min时90%以上的金黄色葡萄球菌(Staphyrlococcus aureus)能被杀死,无光照时对S.aureus杀灭效果显著.同等条件下,无论光照还是无光照,HMME对大肠杆菌(E.coli)无明显的杀伤作用.AFM图像显示,S.aureus细菌表面破坏严重,完全碎裂成鱼鳞状的片状堆积.对HMME作用后的E.coli扫描可见,菌体原来光滑的表面变成网格状的裂纹排列.[讨论]HMME对G 有明显的光失活效应,而对G-效果不明显.AFM的超微图像显示HMME对细菌细胞的攻击位点主要在细胞膜上.AFM为我们研究光敏剂对细菌的光动力损伤作用机制的可视化提供了依据.     

原子力显微镜 (AFM) 在细菌生物被膜研究中的应用

原子力显微镜(AFM)作为一项重要的表面可视化技术,以其独特的优势(纳米级的空间分辨率、皮牛级力灵敏度、免标记、可在溶液环境下工作)被广泛应用于生物被膜的研究。AFM不仅可以在近生理环境下对生物被膜表面超微形貌进行可视化表征,同时还可以通过纳米压痕对生物被膜的机械特性(弹性和粘性)进行定量测量,利用AFM单细胞和单分子力谱技术可以获得生物被膜形成过程中细胞-基底以及细胞-细胞之间的相互作用力,为生物被膜的实时原位系统研究提供了可行性。本文简述了AFM的基本操作原理,综述了近年来AFM用于生物被膜表面超微结构成像、机械特性测量以及相互作用力研究方面的进展,并对AFM在生物被膜研究中面临的问题和未来的发展方向进行了讨论。     

原子力显微镜单分子力谱研究生物分子间相互作用

原子力显微镜单分子力谱是近年来发展起来的能在单分子水平研究生物分子相互作用的新工具。本文综述了单分子力谱的测定原理、方法及其在研究蛋白．蛋白、蛋白-DNA相互作用,蛋白质去折叠和活细胞上配体／受体结合中的应用进展。     

Reactive effect of low intensity He-Ne laser upon damaged ultrastructure of human erythrocyte membrane in Fenton system by atomic force microscopy

To find out the mechanism of modulating the deformability of erythrocytes with low intensity He-Ne laser action, we studied the effect of low intensity He-Ne laser on the ultrastructure of human erythrocyte membrane. Erythrocytes were treated with free radicals from a Fenton reaction system before exposing them to low intensity He-Ne laser. The ultrastructure of damaged erythrocyte membrane was examined by atomic force microscopy. The results showed that the erythrocyte membrane became very rough and the molecules on the surface of the membrane congregated into particles of different magnitudes sizes after treating with free radicals. Comparing the degree of congregation of the molecular particles in the non-irradiated group and the He-Ne laser irradiated （9 mW and 18 mW） group, we found the average size of molecular particles in the laser irradiated group was smaller than that in the non-irradiated group, indicating that the low intensity laser had repairing function to the damage of erythrocyte membrane produced by the free radicals.     

High-speed atomic force microscopy: Imaging and force spectroscopy

Atomic force microscopy (AFM) is the type of scanning probe microscopy that is probably best adapted for imaging biological samples in physiological conditions with submolecular lateral and vertical resolution. In addition, AFM is a method of choice to study the mechanical unfolding of proteins or for cellular force spectroscopy. In spite of 28 years of successful use in biological sciences, AFM is far from enjoying the same popularity as electron and fluorescence microscopy. The advent of high-speed atomic force microscopy (HS-AFM), about 10 years ago, has provided unprecedented insights into the dynamics of membrane proteins and molecular machines from the single-molecule to the cellular level. HS-AFM imaging at nanometer-resolution and sub-second frame rate may open novel research fields depicting dynamic events at the single bio-molecule level. As such, HS-AFM is complementary to other structural and cellular biology techniques, and hopefully will gain acceptance from researchers from various fields. In this review we describe some of the most recent reports of dynamic bio-molecular imaging by HS-AFM, as well as the advent of high-speed force spectroscopy (HS-FS) for single protein unfolding.