梯度磁场在生物大分子研究中的应用

磁场作为一种物理环境,广泛应用于各行各业.随着磁体技术的飞速发展,磁场在科学研究与实践应用中的重要性日趋凸显.在生物大分子研究方向,磁场也发挥了重要的作用.其中,梯度磁场作为磁场的一种,由于其提供的资源除磁场外,还有磁场梯度,使其具备除常规磁场效应(择优取向、晶体质量改善等)外的其他应用价值(如溶液的对流控制、晶体质量改善、分离纯化等),因此备受关注.梯度磁场环境下涉及生物大分子的研究,主要集中在生物大分子的结晶、分离与纯化,以及自组装等方向.充分利用梯度磁场,可以实现高质量的生物大分子晶体生长、高效低成本的生物大分子分离与纯化等重要应用.因此,梯度磁场在生物大分子结构解析技术、生物药物制备技术等方向具有十分重要的价值.本文将从梯度磁场物理环境对生物大分子溶液体系的基础性影响角度出发,回顾并讨论梯度磁场在生物大分子研究中的应用,并对该领域的发展前景进行了预期.     

静磁场对骨组织的影响及其分子机制探讨

静磁场是磁场强度和方向恒定的磁场,其作为一种非侵入性的物理因子,在骨生物学领域已有多年的基础和临床研究历史.大量动物实验和临床研究显示,静磁场对骨质疏松、骨折不愈合、骨植入体的骨不连以及骨关节炎等骨科疾病均有良好的作用效果.静磁场对这些骨骼疾病的作用与其对骨组织细胞增殖及分化的调节相关.在体外,静磁场可促进骨髓间充质干细胞及成骨细胞的分化和矿化,而抑制骨髓单核细胞及破骨细胞的分化和骨吸收活力.静磁场对骨组织细胞调控的可能机制是静磁场影响了细胞生长因子、信号分子、细胞骨架、细胞膜、细胞内钙离子及铁代谢等.本文从动物及临床实验研究和细胞生物学研究两方面综述了静磁场对骨组织的影响,同时对可能的分子机制进行了探讨,在此基础上还介绍了该研究中需进一步探讨的问题.     

磁外科学体系的探索与建立

21世纪外科学领域利用磁性装置进行技术创新和革新的报道越来越多,其中某些技术显示出极大的优越性和颠覆性,有取代传统技术的趋势.主要体现在两个方面:一方面,部分先进的磁外科创新技术可极大地简化现有手术操作过程、降低操作难度、缩短操作时间、提高治疗效果;另一方面借助先进的磁外科技术,对一些临床疾病的治疗模式和观念产生了颠覆性的改变.然而,就目前世界各地的相关研究现状来看,存在着很多关键共性瓶颈问题,比如:基础研究薄弱,核心关键问题未能系统突破,理工科先进技术交叉、渗透、融合不充分,科学概念及临床应用规范未建立等.我国医学界虽然涉足磁外科技术开发领域较晚,但却在磁外科方面进行了相对系统化的研究,产生了一系列国际首创技术,尤其是在理论创新和学科化建设方面走在了世界前列,承担起了世界磁外科领跑者的角色.本文以创建国际磁外科体系为主线,评述磁外科发展现状和基础;对磁外科发展阶段进行科学划分;明确提出了磁外科临床应用五大体系并建立相应的概念;提出通过跨学科交叉整合的方法来创建磁外科学体系.以求夯实磁外科基础研究、建立磁外科理论体系、规范磁外科临床研究、强化磁性材料、生物力学和临床诊疗技术深度交叉融合,凝聚稀土金属材料专家、生物力学专家和临床医生的智慧,全面建立磁外科学理论体系并开展临床应用研究,从而促进磁外科快速科学发展,造福人类健康.     

强磁场生命科学与健康医疗的机遇和挑战

基于第620次香山科学会议的研讨主题和内容,从强磁设备平台、强磁场生命科学研究、铁代谢与铁磁纳米药物、强磁场健康调控等方面论述了强磁场生命科学与健康医学领域的新问题、新机遇以及面临的挑战.     

磁场与血管生成研究进展

血管生成参与了多种生理和病理过程,是器官生长和修复的关键,在外科中起着至关重要的作用.目前已有大量关于磁场对血管生成影响的研究报道.本文对现有数据进行总结、分析和比较,包括不同磁场类型、磁场参数、处理方式、处理对象和磁场处理导致的血管生成变化等.由于针对不同磁场参数的系统性研究相对缺乏,目前细胞水平上的研究结果尚无确切的规律.然而动物水平上的研究结果显示,肿瘤组织的血管生成可以被多种磁场所抑制,而长时间或者较高磁场强度的稳态磁场处理非肿瘤组织似乎有促进血管生成的趋势,对此人们还需要进行更系统的研究来进一步确认.此外,本文还讨论了磁场与化疗等其他治疗方法联合使用对血管生成的影响,并总结分析磁场影响血管生成的潜在机制.这不仅有助于人们进一步了解磁场生物学效应,为磁外科技术的安全应用提供实验基础,而且可能为未来将磁场在医学领域的其他潜在应用奠定基础.     

比色法监测细胞培养基酸度

基于酚红在不同酸度下显色不同的原理,建立了利用比色法检测CO2非依赖培养基L-15pH值的方法.结果表明,L-15培养基的pH值在6.8到8.5范围内,与560 nm处吸光度有良好的线性关系(R2=0.993 4),依此可通过测量培养基560 nm处吸光度计算pH值.还研究了温度和空气接触对该方法的影响,并使用该法成功地监测了L-15培养基培养MG-63细胞过程中酸度的变化.     

模拟失重对拟南芥下胚轴细胞生长和微管动态性的影响

空间飞行中产生的失重环境会影响植物的一系列生命活动过程,因此,为保证植物正常生长,揭示失重环境下植物的生长发育规律至关重要。利用大梯度强磁场超导磁体产生的抗磁悬浮模拟失重环境,对拟南芥幼苗进行处理。在相同外界条件下培养4 d后,拍照记录不同重力环境下拟南芥下胚轴细胞的生长发育及其周质微管骨架的排列情况,并进行图像定量分析和统计分析。结果显示,与对照组相比,重力改变对幼苗的形态、株高、下胚轴细胞形态及其周质微管骨架的排列有不同程度的影响。尤其是在μg(模拟失重),幼苗弯曲明显,株高比其他组显著降低,细胞长宽比较小,下胚轴周质微管发生了重排。而对照组、1g组、2g组(模拟超重)三组之间相比显示,除了在微管骨架排列方面存在极显著差异,其余指标均无明显差异。结果提示,模拟失重对植物生长发育有显著影响,微管骨架参与了重力信号的传感和转导,推测微管骨架可能通过其重排调控下胚轴细胞生长,参与模拟失重抑制下胚轴伸长来影响植株形态建成。