基于MEMS微电极芯片的电穿孔系统

报道了一种基于微加工金电极的细胞电穿孔芯片及一套完整的细胞电穿孔系统。该系统能够在多种细胞系中实现高效细胞电穿孔(对典型HEK-293A(人胚胎肾细胞)细胞的穿孔效率高于90%,3T3-L1(小鼠胚胎成纤维细胞)的电穿孔效率高达80%)。并且具有手动模式和自动模式。同时,由于基于独特的电极设计,其所需电压也远低于现有设备(典型工作电压为60 V),成本更低,操作更安全。     

纳秒脉冲作用下核孔复合体影响细胞核膜电穿孔变化的仿真研究

纳秒脉冲电场能够透过细胞膜,靶向作用到细胞核膜产生电穿孔,从而诱导细胞死亡.而细胞核膜上存在的大量具有高电导率的核孔复合体(NPC)将会制约细胞核膜上电穿孔的发展.然而,现有纳秒脉冲电穿孔的仿真研究中尚未考虑此因素的影响.基于此,该文建立考虑细胞核上NPC存在的五层细胞介电模型,在细胞核膜不同区域等距离设置8个核孔进行仿真研究.通过COMSOL软件的电流模块和偏微分计算分析模块,首次研究NPC对细胞核电穿孔程度的影响.结果表明,与无核孔时的细胞核电穿孔状态相比,N P C的存在会导致附近一定区域内的核膜上电穿孔程度显著性下降,甚至会转变为未电穿孔状态,NPC附近核膜电穿孔衰减程度也与NPC的位置相关;随着NPC数量的增加(2～32个),细胞核膜上电穿孔明显衰减的区域也逐渐增加,当NPC个数达到32个时,细胞核膜上电穿孔程度发生衰减的区域百分比已达到89.93％,衰减50％以上的区域百分比为36.00％,衰减90％以上的区域百分比可达到22.94％,而因NPC存在导致周围区域由穿孔状态变为未穿孔状态的百分比也达到2.54％.上述研究表明,NPC的存在会极大地降低周围细胞核电穿孔效应及整体细胞核电穿孔的程度,从而显著影响纳秒脉冲杀伤肿瘤细胞的效果.因此,在对靶向诱导细胞核膜电穿孔的纳秒脉冲电场参数选择时,应考虑NPC的影响.     

不可逆电穿孔治疗肿瘤与冷热消融治疗的原理比较

目前,针对肿瘤的治疗,非血管介入技术已经成为了常规手段,但是,其治疗方法和原理各不相同。总结了各种治疗手段的原理,介绍和比较了最新的不可逆电穿孔技术的优点和缺点,以期为其今后的应用提供必要的参考。     

鸡红细胞在弱的瞬态电磁脉冲作用下的电穿孔研究

采用弱的瞬态电磁脉冲,在超宽频带横电磁波传输室中对鸡红细胞进行照射,通过扫描电镜观察,发现在低强度电场(约20V／cm)的作用下,鸡红细胞出现了电穿孔,且孔的直径在100～700nm。初步分析了形成电穿孔的机理。     

不可逆电穿孔时组织电导率变化对电场和温度的影响

为了研究不可逆电穿孔过程中组织电导率对组织内电场分布及温度的影响,采用有限元分析软件COMSOL建立了小鼠肝脏的球形肿瘤及椭球形肿瘤的数值模型;通过改变组织的电导率,得到肿瘤及正常组织内不可逆电穿孔电场、温度的分布情况。结果表明:组织电导率随着穿孔过程的发展逐渐增大。组织电导率变化前后,2种肿瘤模型中的各项数据如下:1)不可逆电穿孔电场消融的肿瘤体积与肿瘤总体积之比分别从0.867 7升至0.927 0(球形肿瘤)以及从0.451 1升至0.772 1(椭球形肿瘤);2)不可逆电穿孔电场造成正常组织损伤的体积与肿瘤总体积之比分别从0.745 9降至0.678 2(球形肿瘤)以及从0.816 4降至0.603 6(椭球形肿瘤);3)温升1℃的正常组织的最大体积只有肿瘤体积的1.16%,说明正常组织的温升对组织整体温度变化的影响较小。因此,组织不可逆电穿孔过程中,增大电导率能在促进电脉冲对肿瘤的消融效果的同时减小其对正常组织的损伤,且脉冲作用造成的组织温升不会造成组织的热损伤。     

对难以转染的细胞进行成功的电穿孔

对原代人体嗜中性粒细胞的转染是很重要的,因为它实现了对人体发炎响应中通道的研究,而这在以前是很难实现的,原因在于培养嗜中性粒细胞很困难。通过这项研究,从细胞存活率及siRNA传递角度,研究者确立了最佳的嗜中性粒细胞转染的电穿孔条件。使用这些条件,可以进一步将该技术应用到包括干细胞在内的其他难以转染的原代细胞中。可以预见,这一领域将会在不久的将来蓬勃发展起来。     

基因脉冲导入仪及其在动物肿瘤治疗上的应用

本文介绍了电穿孔技术的原理和天津理工大学自行研制的基因脉冲导入仪LN-301的系统组成.使用该系统在昆明小白鼠进行肿瘤治疗实验,实验结果表明基因脉冲导入仪有利于肿瘤的治疗.     

电脉冲对细胞的作用机理及其研究进展

通过简单的生物细胞模型,分析了电脉冲对细胞的作用机理.由J.C.Weaver提出的细胞等效电路模型,介绍了细胞膜电穿孔现象产生的前提条件.同时,还介绍了目前细胞膜电穿孔特性在生物技术和临床医学等领域的广泛应用以及对其进行机理研究的重要意义.     

基于测量脉冲反馈信号的组织电穿孔动态过程分析

为深入研究脉冲电场与生物组织的相互作用机制,通过在脉冲处理全过程施加低压测量脉冲的方式,探究了组织电穿孔过程的动态变化,分析了组织的电容效应、电穿孔过程中的形成与释放。研究结果表明：生物组织作为电阻电容性负载,在脉冲电场作用下发生复杂电穿孔形式（可逆电穿孔、不可逆电穿孔）,脉冲参数大小可调控所诱导发生的电穿孔形式,在传统脉冲（脉冲宽度为100μs,重复频率为1 Hz,电场强度为100~1 000 V/cm）作用下,随着脉冲个数增加,电穿孔程度增加,组织由可逆电穿孔向不可逆电穿孔形式转变;同时,脉冲期间电穿孔的释放主要发生在ms级时间内,1 s时间后以不可逆电穿孔占主导形式。综上所述,通过测量脉冲反馈信号的分析进一步了解了脉冲与生物组织或细胞的相互作用机制,建议通过此反馈信号来建立电穿孔效果实时评估体系,结合实际的电场分布、热场分布以及电穿孔消融阈值,从而更加准确地模拟脉冲电场作用下的处理效果,为进一步深入了解脉冲电场作用下组织的生物电效应,推进脉冲电场的应用提供理论依据。