细胞膜在脉冲电场下的穿透机理及研究

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1、天津理工大学硕士学位论文细胞膜在脉冲电场下的穿透机理及研究姓名：苏明皓申请学位级别：硕士专业：光学工程指导教师：徐宝强20051201摘要在过去的20年，电穿孔技术的机理和应用受到了很大的关注。电场对细胞的作用能被看成是：将细胞看成被电介质(细胞膜)包围的导体(细胞质)，当把电场加到细胞上，这造成电量在细胞膜上的聚集，最后造成膜上产生电压。如果膜上的电压超出临界值，表面膜的结构会产生变化，导致孔洞的产生，这个过程就是电穿孔。随着体外电穿孔实验被应用于转染细胞，现在已经形成了许多应用分类。从本质上

2、说，任何大小的分子都可以被导入细胞的细胞质中或被传送透过细胞膜。在活的有机体内的电穿孔应用包括将抗癌药物传输至实体瘤，抗癌药物本身是有力的但相对于膜却又是不可渗透的。电化学疗法(ECT)现在已经进行到了临床试验阶段。有机体内的试验表明了ECT可比被动渗透传输更多的抗癌药物至细胞内部。由一定的药物加上电脉冲治疗可以组成新型抗癌方法。本文首先介绍了细胞电穿孔的机理、发展过程及其应用。然后结合对细胞膜电穿孔的认识，介绍了课题组研制的基因导入仪的原理及其研制过程。重点介绍了该仪器的系统组成包括高压脉冲产

3、生电路、闸流管触发电路、信号处理电路、组合电容等，随后介绍仪器的性能指标、外观及输出波形并对实验中的温度测量问题提出解决方案。接着，对细胞膜电穿孔的理论模型进行了分析。通过对细胞电穿孔的数学及物理模型进行系统研究，为以后的实验提供理论依据。同时分析了各电场参数与电穿孔效率的关系，电场各参数包括脉冲幅度、脉冲宽度、脉冲个数、脉冲波形等。最后，我们研究并报道了电脉冲对治疗肿瘤的作用，在实验装置、实验方法等方面进行了有益的改进，并取得了良好的实验结果，研究结果得到同行专家关注与认可。同时，为进一步的动

4、物实验研究以及临床肿瘤治疗的研究提供了可供参考的方法和数据。我们发现：通过动物实验，在电脉冲和抗癌药物的共同作用下，接种在动物身上的肿瘤能够得到有效的抑制或治愈，可见治疗效果是很明显的。关键词：电穿孔细胞膜抗癌药物s．180肉瘤Abstract。1nefund锄en招le丘ects0faneiec啪cfIeid0nace¨canbedescrjbedbyconsjderjngmecelltobeaconductiVebody(thecytoplasm)surroundedbyadielectri

5、clayer(thecellmembrane)．whenashortelectricpulseisapplicdtothiscell，theresultingcunentcausesacc岫ulatioⅡofelectricalchargesatthecellmembraⅡeandconsequentlyaVoltagea盯ossthemembrane．Ifthemembr锄evoltagcexceedSacriticalValue，structumlch孤gesinthesud．acemeⅡl

6、braneOccurwithtransmembranepOreformation，apmcessl【Ilownaselectmpomtion．TheapplicationsandmechaIlisticunderstaIldinghavereceiVed舒0wingattentionoverthepasttwodecades．Sevemlclassesofapplicationshavebeenidentifi酣，withinVitroelectroporationwidelyusedt0tra

7、nsfectsuspendedoraIlchoredcellsinlaboratoryapp盯atusbyintrOdudngDNA．Essentially'anysizemoleculecaIlbeintroducedimothccellcytoplasmortransponedacrossam锄brane．IIlvivoapplicatio芏lsindudethelocaldeliVeryOfpotcntbutrelativelymembralleimpe珊eableantic柚cerdmg

8、siⅡtosolidtumoTs．ElectlD曲emother印y(Ec∞h鹊nowreacheddinicaltrials．MotiVatingi11ViVoexpcrimentsshowedthatordersofmagnitudemoreanticaIlcerdmgsarcdeliveredintocytoplasmth锄b轴passivepcrIIleati曲．New姐ticaⅡcertreatⅡlent，whichconsistedof龉tablishcddmgswitha翻edel