原子力显微镜在观察肿瘤细胞方面的应用与前景_论文

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1、原子力显微镜在观察肿瘤细胞方面的应用与前景【摘要】原子力显微镜（AFM）是一种具有纳米级或亚纳米级分辨率，能对细胞的超微结构和机械性能进行精确成像的分析仪器。由于疾病的发生常导致细胞形态和其力学性能的改变，因此原子力显微镜近年来被广泛应用于临床医学领域，特别是观察肿瘤细胞的机械性能与超微结构方面，显示出其良好的应用前景。【关键词】原子力显微镜；细胞膜结构；肿瘤细胞医学的每一次进步都是与人类的健康和疾病密不可分的，1981年和Rohrer等利用隧道原理研制出了第一台扫描隧道显微镜，1986年[1]通过改进STM（原子力显微镜）研制出第一台原子力显微镜,这样人们就可以更加深入的从微观世界

2、来探究细胞结构，使AFM越来越多的应用于医学领域。1原子力显微镜的介绍原子力显微镜的工作原理[2]10/10原子力显微镜利用一个对微小作用力极为敏感探针的探测针尖与标本间的相互作用力来实现成像的。由于探针针尖原子与标本表面原子间存在极为微弱的排斥力，将一个相对微弱力敏感的弹性微悬臂固定，另一端有一微小针尖，同距离有关的针尖标本间相互作用力，会引起微悬臂的形状改变，形状改变量的大小可作为相互作用力的直接量度，由隧道电流检测法得到。当进行扫描时，反射到检测器的光电信号使系统保持标本与针尖作用力或距离的恒定，同时压电扫描器需随标本的形态变化不断调整Z轴的变化来记录每一点高度的改变，通过计算

3、机系统的数据处理来获得标本的表面三维形貌信息。原子力显微镜的工作模式可分为两种：接触模式和轻敲模式。前者的特点是探针的针尖在扫描过程中始终会与标本直接接触，实现相对简单，但成像时针尖对样本的作用力较大，而后者针尖与标本之间接触是瞬时性的，能克服接触模式下因针尖的作用力引起的标本损伤。应用原子力显微镜观察的主要优势首先，可观察标本的范围广泛，样本可以是金属、半金属、半绝缘或是绝缘，并且多数细胞可直接用原子力显微镜直接扫描，标本制备时间短，不需提前处理，操作比较简便；其次，成像环境受影响较小，既可在真空中进行，也可在空气或液体中进行。由于可在液体中观察，使原子力显微镜可在生理条件下成像细

4、胞，同时可高清晰度的记录标本分子结构变化的动力学过程，这是其它扫描电镜或投射电镜等所不具备的；再次，其高的分辨率，能比较客观的反映标本的原貌，横向分辨率最高可达nm，纵向分辨率也可达10/10nm，均超过其他电镜的分辨能力，能从原子量级来观察细胞膜的变化；此外，其成像时间短，可以捕捉到一些快速反应过程，可得到及时准确的三维相貌图。因此，原子力显微镜为我们在纳米级超微结构上观察细胞膜提供了广阔的空间。2肿瘤细胞中的应用与研究细胞是生物体形态结构和生命活动的基本单元，目前人们对于肿瘤细胞的研究还不够深刻，利用原子力显微镜来观察肿瘤细胞，利用所测得的三维相貌图将肿瘤细胞和正常细胞进行比较，

5、可以比较直观的观察它们之间存在的细胞膜的异同，为进一步研究肿瘤的病因及发生机制、诊断等提供了一个新的途径。目前利用原子力显微镜研究肿瘤细胞有望在两个方面有所突破：①肿瘤的早期诊断，通过对细胞间的变化与差异的观察，以及肿瘤细胞与其它不同种类细胞间的关联，实现了在细胞水平上对肿瘤的早发现，早治疗[3]。②肿瘤的临床治疗，研究肿瘤细胞的结构和功能，探索肿瘤细胞的扩散、细胞间的相互作用以及药物对肿瘤细胞的作用机理等，寻找阻断和杀死肿瘤细胞的方法，使肿瘤不再成为不治之症。在肿瘤的早期诊断中的应用早期，Annalisa等[4]较早地利用原子力显微镜比较了人正常神经细胞和神经肿瘤细胞表面的形态结构

6、，原子力显微镜的观察图像是光学显微镜所不能及的，特别是神经元的突起，同时也比较了两种细胞在培养中受视黄酸作用细胞隔膜产生结构的变化。马枫茹等[5]10/10将原子力图像应用于人体黑素瘤，进行细胞膜表面超微结构的观察，对于相关肿瘤细胞的特性有了更直观的了解，为人类黑素瘤的早期和快速诊断提供实验依据。近年来，Ruchika[6]等利用原子力显微镜和扫描电子显微镜结合RT-PCR和Westernblotting方法观察培养的人类胚胎肾细胞（HEK）293，人类乳腺癌（MCF-7）细胞株和鼠黑色素瘤（B16F1）细胞株。发现正常细胞表面光滑可能因为细胞膜表面SMAR1表达下降，而肿瘤细胞表面

7、粗糙则是因为SMAR1表达增加。Cross等[7]利用原子力显微镜观察了从可疑肺癌、乳腺癌和胰腺癌患者胸腔获得的活的转移性癌细胞的刚度，发现癌细胞的刚度变化是他们研究的新特点，这影响它们的传播方式，并应用力学数据分析正常细胞和癌变细胞的机械性能。这些结果表明，纳米力学分析与免疫组化检测的相关性很好，可用于肿瘤的早期诊断。10/10卢育洪等[8]采用Ficoll密度梯度离心法得到人外周血单个核细胞，并结合磁珠分选的方法进一步纯化得到正常B淋巴细胞，探索了正常