纳米操纵技术及其在中药药效学评价方面的研究

发布时间：2020-06-12 08:37

【摘要】：中药在提高机体免疫功能、诱导肿瘤细胞凋亡、抑制肿瘤细胞转移、增强心肌功能等方面发挥着重要作用。寻找有效的中药药效评价方法对中药开发极为重要,然而利用光学显微镜、电子显微镜、传统生物学等评价方法存在如分辨率不高、样品制备复杂、损坏细胞内部结构等不足。纳米操纵技术具有在生理环境下定位准、分辨率高、样品制备简单、实时监测细胞动态变化等优势,从细胞的物理学角度研究药物和细胞的作用,为药物药效评价提供了一个新的途径。细胞是生命活动最基本的结构单元,细胞状态与细胞物理学特性密切相关,因此,细胞物理学特性可以作为新型的生物物理标志,在研究药物和细胞作用方面,从细胞的物理学角度提供了一个新颖评价药物药效的方法。本文利用纳米操纵技术,在生理环境下定量检测药物刺激前后单细胞形貌(细胞超微结构的动态变化)、表面粗糙度、弹性及粘附力等多个物理参数的变化,从而对药物的药效进行精准评价。具体研究工作包括以下几个方面:1、基于AFM纳米操纵技术的探针-单细胞作用研究。开发面向原子力显微镜(AFM)的纳米操纵技术,研究AFM悬臂校准及形变检测方法,建立AFM探针针尖与细胞间相互作用力学接触模型,实现单细胞的检测及表征,为纳米操纵技术评价药物药效奠定基础。2、研究活细胞力学特性的评价方法。自主设计纳米操纵系统,研究数据采集及光斑位置检测、纳米操纵对象的粗调定位、扫描成像、接触点判定和力曲线获取的方法,对比分析不同恶性程度细胞和不同加载速率下细胞的弹性模量变化。3、利用纳米操纵技术研究西洋参对细胞力学特性的影响。建立优化的探针-癌细胞混合力学模型,以获得更准确的细胞力学特性。定量研究肝癌细胞与药物作用时间、剂量关系,获得肝癌细胞形貌、细胞表面粗糙度、高度及弹性模量等力学特性变化。建立探针-心肌细胞力学模型,获得西洋参水提液作用后心肌细胞的搏动力及搏动频率,实现纳米操纵技术对西洋参药效的评价。4、研究纳米操纵技术对葫芦素E作用于不同分化程度的食管癌细胞的影响。应用细胞粘附力和弹性模量的检测方法,获得两种不同分化程度细胞的粘附力、弹性模量等参数,实现葫芦素E对高低分化不同食管癌细胞药效的评价。5、研究基于纳米操纵技术的TRAIL质粒植入结肠癌细胞方法。分析探针刺入细胞过程,通过荧光显微镜观察细胞内出现绿色荧光,表明利用纳米操纵技术成功植入TRAIL质粒并在细胞内进行了表达,进而评价了TRAIL质粒对结肠癌细胞的作用效果。本文自主设计纳米操纵系统,建立探针与细胞间相互作用模型,定量研究药物与细胞作用后细胞物理学特性的变化,为药物作用机理机制提供了更加直观的药效评价依据。实验结果表明,纳米操纵技术在分子水平上为细胞诊断、药物与细胞作用、药物的药效评价等方面的研究提供了重要分析手段,有助于中药开发和疾病治疗。
【图文】：

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图 1.1 纳米操纵系统示意图[5]图 1.2 纳米操纵技术检测范围操纵技术发展现状纵技术的出现不但可以让人们直接在原子尺度上观测原子和分子进行操纵，，并且具有精度高、操作灵活、适用性强等优势。得以迅速发展，在材料、化学、电子、食品、农业等各个领域分别对光镊技术、磁镊技术和扫描探针显微技术三种常见的纳及各自的优缺点做简要总结。

技术检测,范围

2图 1.2 纳米操纵技术检测范围1.2 纳米操纵技术发展现状纳米操纵技术的出现不但可以让人们直接在原子尺度上观测原子和分子，还可以对原子和分子进行操纵，并且具有精度高、操作灵活、适用性强等优势。这就使得纳米操纵技术得以迅速发展，在材料、化学、电子、食品、农业等各个领域都有广泛的应用。下面分别对光镊技术、磁镊技术和扫描探针显微技术三种常见的纳米操纵技术的发展现状及各自的优缺点做简要总结。1.2.1 光镊技术光镊（Optical tweezers）于 1986 年由美国贝尔实验室 Ashkin[6]团队第一次提出，
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R285.5;TB383.1

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