细胞生物学研究的主要内容(6篇)
细胞生物学研究的主要内容篇1
[关键词]外泌体；干细胞；生物学功能；组织修复；应用前景
干细胞是一类具有多向分化潜能并能够进行持续自我更新的未分化细胞，可分化为体内多种类型的成体细胞。在干细胞的研究中，干细胞培养基的上清液中可提取多种生长因子和细胞因子，因此，普遍的观点认为干细胞主要通过旁分泌途径分泌多种细胞因子参与组织修复。而Timmers等[1]研究发现，对含有骨髓间充质干细胞（mesenchymalstemcells，MSC）的条件培养液进行分馏研究中，只有含有100～200nm囊泡培养液可对缺血再灌注损伤的小鼠模型进行心脏保护。目前研究者认为，通过分泌某些物质来实现修复作用是干细胞发挥生物学功能的重要方式[2]。起初，Johnstone等在研究网织红细胞向成熟红细胞转变过程中，发现网织红细胞能分泌一种双层膜小囊泡，最初这种囊泡结构被命名为外泌体（exosome）。长期以来，这种囊性小泡被认为是细胞分泌的一些无作用碎片[3]。但越来越多的研究表明，外泌体是一种富含多种生物活性因子的亚细胞双层膜囊泡，并且能够发挥多种生物学作用。近年来干细胞来源的外泌体研究成为热点，对干细胞外泌体的生物学功能，以及其在临床当中的应用进行了较多研究探索。本文拟就干细胞外泌体的研究现状进行综述，重点阐述干细胞外泌体发挥生物学效应的物质基础及机制，以及干细胞外泌体在临床应用中的研究进展。
1干细胞外泌体简介
1.1外泌体与微泡：两者均属于细胞外囊泡[4]（Extracellularvesicles，EV），是细胞在静息或应激状态下产生的异质性膜分泌体系[5]，包括直径在100～1000nm的微泡(microvesicle,MV)和30～100nm的外泌体(exosome)。两者在多数情况下被混淆，其主要区别在于形成方式不同。微泡通常比外泌体大，是质膜直接以“出芽”的方式向细胞外突出形成的大囊泡[6]。外泌体则是经由内涵体（endosome）途径生成[3]。细胞内晚期内涵体的界膜多处凹陷，向内出芽形成管腔状囊泡，从而转变为具有动态亚细胞结构的多囊泡体(multi-vesiclebodys，MVBs)。MVBs是真核细胞重要的蛋白运输与分拣中心，当MVBs与胞膜融合后，其内的管腔状囊泡凹陷以内出芽方式形成颗粒状小囊泡，并释放入细胞外环境，即外泌体。参与细胞信息传递的外囊泡即为外泌体和微泡，在已发表的文献中多将两者合称为“EV”。
1.2干细胞外泌体：干细胞来源的外泌体是干细胞在静息或缺氧应激、辐照、氧化损伤等刺激下分泌产生的细胞外囊泡[7]，可通过选择性的转运蛋白质、mRNA、microRNA来充当干细胞与已分化细胞的信号分子[2]。现有研究已证明间充质干细胞外泌体在减少心肌梗死面积[8]，减轻肢体缺血[9]，增进伤口愈合[10-11]，改善移植物抗宿主病（graft-versus-hostdisease，GVHD）[12]，减少肾损伤[13]，促进肝再生[14]，减轻视网膜损伤[15]，以及最近改善软骨[16]和骨再生[17]等方面具有重要作用。外泌体是细胞间信息交流的重要载体,且外泌体特性与其来源的细胞有关，因此干细胞外泌体的功能与其干细胞的功能密切相关。Quesemberry[18]等人提出外泌体扮演着干细胞生物学连续体模型的关键角色，则可推测外泌体在促血管形成、促进细胞新生及免疫调节方面有重要作用。
2干细胞外泌体的生物学功能
外泌体表面富含胆固醇、甘油二脂、鞘脂、磷脂等脂类物质，这些脂类分子不仅可以维持外泌体的形态，还可以作为信号分子参与多种生物学过程[19]。且外泌体内载有蛋白质、mRNA、microRNA等生物学信息，在细胞微环境中发挥重要作用[20]。研究发现，外泌体不仅存在于体内活细胞，在体外培养的细胞中也能检测到外泌体，如脂肪细胞、肿瘤细胞、间充质干细胞等[21]。随着研究进展，外泌体已可从人体血液、尿液、羊水及腹水等多种体液中分离出[22]。这说明外泌体不仅是细胞正常生理病理的代谢产物，且分泌外泌体是一种普遍的细胞功能[23]。Lai等[24]研究发现，骨髓MSC培养基上清液中发挥损伤修复作用的物质可能是一种直径在50～100nm的磷脂膜包裹的小囊泡。后续研究发现此种囊泡可参与机体免疫调节、血管新生、细胞增殖及凋亡等环节，从而发挥组织修复作用。
2.1免疫调节：Zou等[25]研究发现，间充质干细胞外泌体可降低巨噬细胞趋化蛋白CX3CL1及肿瘤坏死因子（tumornecrosisfactor,TNF）的表达，同时上调白细胞介素-10（IL-10），降低局部炎症反应，起到免疫调节的作用。Kordelas等[12]研究发现，干细胞外泌体可降低难治性抗移植物抗宿主病（therapy-refractorygraft-versus-hostdisease，GVHD）患者体内的IL-1β、TNF-α及γ-干扰素水平，调节机体免疫，促进受损组织修复。
2.2促血管新生：有研究证明[26-27]来自内皮祖细胞的外泌体携带有促血管生成的miRNA，如miR-126、miR-296和let-7，其能够在静止的内皮细胞中通过水平转移RNA激活血管形成。当MSC外泌体与血管内皮细胞体外共混培养条件下，MSC外泌体可被血管内皮细胞摄取并内化，经realtime-PCR检测发现,培养后的血管内皮细胞同样高表达MSC外泌体携带的促血管化miRNA[28]。脂质间充质干细胞(adiposemesenchymalstemcells，ASCs)可促进血管内皮的增生，并且血小板衍生的生长因子可促进ASCs释放增强血管生长潜力的外泌体[29]。人脐带MSCs分泌的外泌体与体外培养的人脐静脉内皮细胞共培养时，内皮细胞成管状结构更加明显，内皮细胞迁移更加良好[30]。
2.3促进细胞增殖、抑制细胞凋亡：在甘油诱导的严重联合免疫缺陷（severecombinedimmunedeficiency,SCID）鼠急性肾损伤模型中发现骨髓MSC分泌的外泌体具有保护肾功能的作用[31]，其修复能力与其母体细胞无显著性差异。其通过上调bcl-xl、bcl2、birc8等抗凋亡基因，下调Casp1、Casp8、LTA等促凋亡基因，同时活化细胞外信号调节激酶，以促进细胞增殖，抑制细胞凋亡，从而发挥组织修复作用。此外，外泌体可通过向靶细胞转运RNA，如mRNA、miRNA等，诱导靶细胞合成一些因子，如肝细胞生长因子(hepatocytegrowthfactor，HGF)、血管内皮细胞生长因子(vascularendothelialgrowthfactor,VEGF)等，激活信号通路,调控靶细胞的细胞周期活动，最终促进其增殖[13]。外泌体由干细胞释放后可通过弥散、内吞、受体介导等方式进入靶细胞，转运特异性蛋白、脂质、mRNA和miRNA等生物活性物质，从而发挥多种生物学功能。而且根据当前国内外研究，干细胞外泌体促进血管新生的机制与其向靶细胞转运具有促血管生成作用的miRNA有着密切的联系。
3外泌体的作用方式
外泌体内含有多种生长因子及细胞因子，如血管内皮生长因子（vascularendothelialgrowthfactor，VEGF）、干细胞因子（StemCellFactors，SCF)，并且几乎所有的外泌体都含有生理活性的脂质成分，如1-磷酸鞘氨醇(sphingosine-l-phosphate，S1P)、神经酰胺-1-磷酸(ceramide-1-phosphate，C1P)。外泌体进入靶细胞后，这些旁分泌因子可与细胞相互作用，如S1P、C1P可抑制细胞凋亡和刺激血管新生[32]。一系列研究表明,外泌体发挥作用的方式主要有3种：①通过直接识别靶细胞表面的信号分子，与受体结合传递细胞间信息[33]；②外泌体与靶细胞融合后，释放其内容物，实现信息转运[34-36]；③通过释放胞内的信号分子作用于靶细胞表面受体，完成信息转运[37-38]。通过识别靶细胞膜表面的信号分子转运信息，常见于免疫系统中。第二种作用方式是Valadi等[34]在实验中观察到鼠肥大细胞分泌的外泌体可被人肥大细胞所摄取而发现的，外泌体所携带的mRNA进入细胞后会被翻译成蛋白质。这是研究者首次发现基于基因水平的细胞间的信息转运。这种信息转运广泛存在于机体中，例脂肪细胞的脂肪合成[36],间充质干细胞的心肌保护作用[24]等。外泌体中的细胞因子，如血管内皮生长因子,纤维母细胞生长因子等，通过第三种作用方式与内皮细胞表面受体相结合起到促进血管形成的作用[37]。因而干细胞来源的外泌体促血管新生、促进细胞增殖、抑制细胞凋亡等作用，可能与多种机制共同作用有关，具体作用方式尚待进一步探究。
4干细胞外泌体的生物学优势及临床应用前景
目前干细胞广泛应用于组织修复及缺血性疾病治疗领域。与干细胞比较，作为其旁分泌物的干细胞外泌体具有更稳定的生物特性，有研究表明[39]外泌体在-80℃保存2年仍能保持其生物学功能。在体内实验中外泌体的脂质双分子膜结构能防止其内容物降解，保持内部蛋白及遗传物质的活性[40]。而且与干细胞分泌的可溶性细胞因子不同，外泌体可直接进入靶细胞，通过向靶细胞转运特异性蛋白、脂质及RNA等生物活性物质，来诱导靶细胞的增殖、迁移、血管化等生物学变化，从而改变局部微环境，稳定而持久地发挥多种生物学功能。这种“载体式”信号转导方式使外泌体具备更高更稳定的信号转导效率，且在生物体内不会被细胞外介质稀释[41]。
4.1干细胞外泌体对创面的修复作用：研究发现，MSC外泌体可通过促进血管生成发挥组织修复作用。Zhang等[11]研究发现，MSC外泌体可促进热刺激后皮肤细胞的增殖，并抑制其凋亡，在大鼠皮肤烧伤模型中，外泌体能促进烧伤部位的再上皮化，加快伤口愈合。人脐带MSC外泌体所递送的Wnt4基因信号是皮肤伤口愈合所需的。在体外实验中[10],成纤维细胞和人脐静脉内皮细胞的增殖及迁移依赖于MSC外泌体的剂量。同样，成纤维细胞分泌的I型、III型胶原、弹性蛋白量的提高和血管内皮细胞管状形成率的提高也与外泌体的浓度增加有关。
4.2干细胞外泌体在缺血性疾病中的治疗作用：研究发现，人CD34+造血干细胞分泌的外泌体具有促血管形成的作用，从而改善缺血性疾病[40]。MSC外泌体可通过转运microRNA改善心肌缺血，对心脏功能产生保护作用[24]。在缺血性脑病中，可同样观察到间充质干细胞可通过外泌体的转运，使具有保护作用的miR-133b进入到周围神经元，改善疾病状况[42]。在小鼠后肢缺血模型中，HUGW[9]等发现MSC外泌体可促进小鼠血管生成和血液灌注来减轻严重的后肢缺血。干细胞分泌的外泌体具有促血管生成的作用，这在缺血性疾病的治疗中具有非常重要的意义。
4.3干细胞外泌体对器官急性损伤治疗方面的临床应用前景：相关研究已证实来源于胚胎干细胞（embryonicstemcells,ESCs）和某些成体干细胞的外泌体可以改变受体细胞的生理功能，从而保护急性损伤的心脏和肾脏。Lai等[24]观察到纯化的MSC外泌体能够减少小鼠心脏的梗死面积。Arslan等[43]也研究证明，MSC外泌体可通过增加ATP水平，降低氧化应激，激活P13K/Akt通路增强心肌生存能力及防止缺血再灌注损伤后的心肌不良重塑。MSCs生成的外泌体在治疗急性心肌梗死方面有着巨大的潜力。上皮细胞分泌的外泌体，其内的激活转录因子3(activatingtranscriptionfactor3，ATF3)RNA可减弱缺血再灌注损伤时的促炎基因CMP-1的转录，减轻炎症反应，起到肾保护作用[44]。在急性肾损伤的干细胞治疗实验中，MSC外泌体可通过旁分泌途径提高肾脏的恢复[45]。
4.4干细胞外泌体对骨及软骨损伤治疗方面的临床应用前景：Strassburg等[46]研究发现，外泌体与髓核细胞的相互作用可能是MSC促进退化的椎间盘结构恢复的一种机制。最近研究报道[16]，在免疫大鼠骨软骨缺损模型中人MSC外泌体可促进软骨再生。在该研究中，外泌体加速了新组织的填充，II型胶原的合成，并增强硫酸化糖胺聚糖（sulphatedglycosaminoglycan，s-GAG）的基质合成。到12周末，观察到MSC外泌体处理的大鼠其软骨和软骨下骨完全恢复，特征包括表面具有良好且规则的透明软骨，并与相邻软骨完全结合。TAOSC[47]等研究发现，过渡表达miR-140-5p滑膜间充质干细胞（miR-140-5p-overexpressingsynovialmesenchymalstemcells，SMSC-140s）的外泌体在骨关节炎大鼠模型中可有效治疗骨关节炎（Osteoarthritis，OA）。MSC外泌体因其抗纤维化、抗凋亡、免疫调节功能，在骨关节炎、风湿性关节炎等疾病中的治疗作用将有着巨大的临床应用前景[48]。
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4.5干细胞外泌体作为药物载体的临床应用前景：理想的药物载体需能逃避宿主免疫系统，被靶细胞特异性吸收。具有足够时长的循环半衰期，无毒性，且能加载多种不同的药物。因此外泌体作为一种天然的脂质体，被认为较目前广泛使用的人工合成脂质体具有更多优势。将外泌体用于药物递送的另一个重要考虑因素是外泌体的细胞来源，例如，临床试验的树突状细胞（dendriticcell,DC）外泌体已被纯化，并负载抗原肽来刺激T细胞增殖，将其作为一个潜在的抗肿瘤或感染性疾病的疫苗[49]。然而，DC外泌体是具有免疫原性的，并且将它们作为药物递送载体时需要使用免疫相容性外泌体。因此，用于药物递送的外泌体，其理想的细胞来源是可产生丰富的非免疫原性外泌体的细胞。人胚胎干细胞衍生的间充质干细胞(humanembryonicstemcell-derivedmesenchymalstemcells,hESC-MSCs)为外泌体运用于理想的药物载体提供了来源[50]。MSC有一个十分独特的功能，可以调节参与适应性免疫和固有免疫的多种细胞，从而产生免疫抑制和免疫调节的效应[51]。MSC在同种异体宿主中耐受性良好，因此推测它们的分泌的外泌体也可具有良好的耐受性。与此假设一致，在小鼠动物模型研究中发现，用来源于人胚胎干细胞的外泌体静脉注射治疗具有免疫能力的小鼠可达到一定的治疗效果，且未用免疫抑制药物抑制小鼠的免疫系统[24,52]。MSC外泌体被证明是普遍耐受性良好，并且所具有免疫原性及毒性的风险最小[12,16]。这种以同种异体或自体方式发挥免疫抑制和调节作用的能力可以增强MSC外泌体即药物递送载体的寿命和其装载药物的生物利用度。因此可想而知，静脉输注MSC外泌体可以耐受性良好，便于更精确剂量的装载药物。
5结语与展望
细胞生物学研究的主要内容篇2
1当代大学生的生物科学素养现状及其存在问题
生物相关专业的学生对生物科学技术具有浓厚的兴趣,生物科学技术基础知识扎实,对生物技术发展持积极的肯定态度,具备良好的科技强国的信念。但是,他们对高新生物科学技术知识和先进实验技术了解较少,生物科学实验实践技能较差,对生物科学科研精神的理解和研究方法的掌握不足。有调查表明,当代大学生对于当前的一些生物热点问题有一定的了解,但是对于高新技术的应用和新的科学研究领域的认识不足。在理性上,有43%的学生是盲目的怀疑,或者是盲从专家和他人的观点,对事物较少有自己的看法;在探索求知精神上,“科学功利主义”对学生的影响最大,使得学生视野狭窄、目光短浅;在实证精神上,有62%的学生缺乏实验实证精神,偏重抽象思维,缺乏科学实验的精神和价值眼光。②此外,许多高校只注重生物专业课的常规教学,很少举办专门的科研活动,且科学技能培养与锻炼的途径缺乏,这使得大学缺乏浓郁的科学素养氛围,学生较难形成一定的科学技能,由此科学实践能力也较差。
2细胞生物学教学中培养科学素养的意义
细胞生物学是生物学类及农林医药类本科生一门必修的专业基础课,是现代生命科学的前沿分支学科之一,它是以细胞为研究对象,从细胞的整体水平、亚显微水平、分子水平等三个层研究细胞和细胞器的结构和功能、细胞的生活史和各种生命活动规律的学科。细胞生物学是一门承上启下的学科,和分子生物学一起同是现代生命科学的基础,并广泛渗透到遗传学、发育生物学、生殖生物学、神经生物学和免疫生物学等的研究中,和农业、医学、生物高新技术的发展有密切的关系,是生命科学的重要支柱之一,在解决人类面临的重大问题、促进经济和社会发展中发挥重要的基础作用。同时,细胞生物学又是一门实践性很强的学科,重要理论与实践密切地联系着。随着生命科学自身和生物产业的快速发展,对生命科学相关领域创新型人才的需求也在不断增加。由此可见,细胞生物学课程中科学素养的培养对于建立与其专业层次、研究方向相符合的细胞生物学知识构架体系,培养和锻炼学生的科学思维能力具有非常重要的作用。
3细胞生物学教学中如何培养学生的科学素养
细胞生物学作为生物学类及农林医药类的一门专业基础课程,在培养学生的科学素养方面,具有举足轻的重要作用。然而,科学素养的提高不是一朝一夕之功,教师应始终将其贯穿于自己的教学之中。如何在细胞生物学教学中培养和提高学生的科学素养,以下是笔者的一些想法和体会。
3.1加强课堂教学中的“生活化”融合
细胞生物学的知识理论性强,内容抽象深奥、难于理解,教师可以试将抽象的内容与日常生活相联系,使学生有此联想起有趣的、熟悉的生活场景或事物,这不仅使抽象的内容具体化和动态化,使其容易理解,而且激发了学生的探究欲望和学习兴趣。例如讲解“蛋白质的分选”时,引导学生由细胞社会联想到人类社会。细胞中的各种蛋白质发挥结构或功能作用的部位几乎遍布细胞的各种膜区和组分,只有当蛋白质各就各位并组装成结构和功能复合体,才能参与细胞的各种生命活动。这就好比在人类社会中,各专业的毕业生只有找到适合其自身特点的工作岗位才能发挥所长。总之,运用发散性思维,尽可能地将细胞生物学抽象的理论知识与生活实际联系起来,并配合以多媒体辅助手段,使抽象的内容变得形象生动,易于理解掌握。
3.2侧重教学内容的前沿性和新颖性
细胞生物学发展极为迅速,随着科学家们研究成果的不断涌现,其内容处在不断更新的动态过程中。因此,教师在教学过程中,要注重联系学科的前沿和热点,讲述较先进的科学结论,跟踪国际上最新进展。此外,教师在注重教学的同时,宜以科研并举,以科研引导和促进教学;教学与培养科学研究型人才紧密结合;教学内容与最新科研进展同步,使学生在正确掌握细胞生物学基础上学会解决与之相关的科学研究问题。如将教师的主要科研成果与基础理论教学有机结合,结合教学内容介绍自己的科研成果,这样既生动又贴切,学生又很熟悉,使学生获得学习的兴趣和动力,亦可以启发学生的创新思维能力,培养学生的科研钻研精神。
3.3增加细胞生物学实验综合性和设计性实验的比例
综合性实验注重知识的综合运用,实验原理和方法步骤较为复杂,可以使学生更好地理解实验原理,正确使用仪器设备,锻炼学生综合分析问题的能力;设计性实验是指学生根据实验项
目,自主设计实验方案,自主准备实验材料,自主配制实验所需试剂,根据自己的时间自主安排实验进程,设计性实验可以充分调动学生的实验积极性,培养学生的创新思维和勇于探索的精神。由此可见,综合性和设计性实验可以锻炼学生综合分析问题和解决问题的能力。③然而目前许多高校由于实验条件和课时安排的限制,细胞生物学实验主要以基本操作和验证性实验为主,综合性和设计性实验较少甚至没有,这在一定程度上限制了学生综合素质和创新思维的培养。④因此,教师应根据科学性、可行性和实用性原则增大综合性和设计性实验的比例。如我们精选了真核生物基因组的提取、纯化、鉴定、扩增、酶切、重组、转化、筛选的大实验,膜蛋白的分离与鉴定等综合设计型大实验,这些实验中的每个实验都构成了一个综合性整体,同时,在实验材料的选择上尽量做到由学生自主选择。通过每一次的综合设计实验,使学生进一步巩固了已学习的知识和已掌握的技术,并能够对实验结果进行合理的正确的资料采集、整理、分析和归纳,有效地培养了学生的科学素质、科学精神、创新思维及分析问题和解决问题的能力。3.4组织各种“科学小组”,布置学科发展前沿的讨论,与全程科研训练对接,以培养学生的科学态度和科学精神
细胞生物学研究的主要内容篇3
AbstractItisquickconvientgood-repeatingandcheapthatexaminingthebioticmaterialscompatibilitythroughcell-culturingmethod，anditismoreandmoreimportantinevaluatingthecompatibilityofbioticmaterial.Thenewmaterialappeatingcontinouslycomplicatingofthepartandaimmaterialbeplantedintheintensityofmaterialstoxiceffectthereactionscomplicationofmaterialandbioticbody，allofthesedecidethevarietyofexperimentmethodandcellsincelltoxicityexperiment.Itisveryimportantthatchoicestherightexperimentmethodandcellsaccordingtothematerialscharacterthepartandaimthematerialbeplantedin.Theevaluationofbioticmaterialscompatibilitystressedonthechangingofcellsformandquantitybefore.Inrecentyears，moreandmorereportsappearaboutmaterialinflueancesthegrowth.adhesionproliferationandmetabolizingofcell.andpresentsthepointthattheevaluationstandardofbioticmaterialscompatibilityshouldbesetaccordingtotheactivecellsquantityandtheirgrowth.Combiningmanysubjectstechnologicaldevelopment，suchasimmunology，chemistry，radiationandshadowgraphy，thoroughlyinquiresthechangeingrelationofcellsstructureandfuntion，furtherlyclarifesthematerialseffectoncell，Itisthedevelopingdirectioninthefuturethatevaluatesthebioticmaterialscompatibilityincedd-culturingmethod.
KeywordsBioticmaterialCell-culturingCompatibilityToxicityexperiment
生物材料的临床应用已有较长的历史，广泛应用于牙科、眼科、整形外科及心血管外科领域。目前美每年有2-3百万人工脏器或假肢植入人体中。生物材料不仅要具有临床使用时所需要的理化性能，还必须具有良好的生物相容性，以保证使用安全。如何快速准确地评价材料的生物相容性，对于研制新材料和缩短研究周期起着重要的作用[1]。
根据1982年美国国家标准学会和牙科协会（ANSI/ADA）公布的评价生物相容性实验标准草案，评价生物相容性的实验方法有全身毒性试验（口服法）、急性全身毒性试验（静脉注射法）、吸入毒性试验、溶血试验、皮下植入试验、骨内植入试验、过敏试验等[2]。细胞培养法作为检测材料毒性的手段（亦称为细胞毒性试验），具有简便、敏感性高、节省动物、节约经费、缩短生物材料研究周期等优点，正日益受到人们的广泛重视。本文就该研究领域近几年的发展及动向作一简介。
1细胞毒性试验方法的进展
1948年RosenBluth等首次报道利用鼠成纤维细胞培养来筛选聚合物，开始了细胞毒性试验评价生物材料的生物相容性的研究与应用工作，迄今为止这方面已有大量的工作积累与研究发现。细胞毒性试验在评价材料生物相容性地位已得到公认[3]。由于目前对生物相容性概念及机理还完全了解，加之材料的多样性、置入要体内环境中的变异性、材料与机体作用的复杂性等因素，故迄今为止，国内外还没有一个统一细胞毒性试验方法。
细胞毒性试验由于细胞培养方式（如单层细胞培养、细胞悬液与材料混合培养、细胞在材料上培养等）的不同，细胞与材料之间有无间质（即细胞直接与材料或其浸出液接触，还是通过间质接触）以及材料毒性成份（即材料本身、浸出物、扩散物或材料降解产物等）不同决定了细胞毒性试验方法的多样性。根据细胞和材料之间有无间质可以将细胞毒性试验方法分为间接法与直接法两大类。
1.1间接法
最典型的间接法是琼脂覆盖法，该法是Dubecco在1952年首先提出[4]。其方法是将含有培养液的琼层平铺在有单层细胞的培养皿中，再在固化的琼脂层上放上试样进行细胞培养。此法优点是不管试验材料是什么形态（膜、粉末或油脂状）等都适用。但该法敏感性受试样溶出物琼脂层上扩散程度的影响。当溶出物分子量小，易溶于水，其毒性发现早且较强。反之即使有毒的材料，如溶出物分子量大并难溶于水，使用该法时材料毒性就难以表现出来。
为克服琼脂法的缺点，SabitaSriva等提出分子滤过法[3]。该法是在单层细胞上覆盖一层丙烯盐制成的微孔滤膜，将试样材料放在滤膜上，使材料毒性在成份通过滤膜作用于其下的细胞。由于滤膜微孔直径约0.45μm，Bondemark认为该法适合评价毒性成份分子量小的材料的相容性[5]。vanLuyn等1992年报道用甲基纤维素细胞培养法评价聚合物的细胞毒性[6]。该法是在甲基纤维素中混入细胞表面进行培养。该法优点是生物材料的水解及细胞坏死释放出的蛋白分解酶引起的酶解作用均要发生，因此可同观察到生物材料的原发性及继发性细胞毒性。
1.2直接法
生物材料中一些易溶出物质引起炎症反应和组织反应的主要原因。易溶出物质一般是原料单体、低分子聚合物、催化剂、溶剂、稳定剂、乳化剂等。为研究这些溶出物的细胞毒性，一些学者提出浸出液法。该法是将试样投入培养液或蒸馏水中适当条件下进行浸泡，制备出含有溶出的浸泡液再将浸了液加在含有细胞的培养皿或试管中继续培养，观察溶出物对细胞的影响。Oshima认为不同浸提条件和浸提方式所制备的材料溶出物在细胞敏感程度上并无显著性差异[7]。
直接浸渍法：该法是形态不规则的试样（如金属粉末、油脂类材料）等与细胞一起放入培养皿中进行培养。当有溶出物时试样周围的细胞就会受到影响。宁淑华等1988年用该法对医用硅胶及聚乙烯醇进行细胞毒性试验[8]。作者认为对于形态不规则有微量毒性的材料使用该法较为适宜。
另一些学者在直接法基础上提出直接接触法。该法将细胞直接放在生物材料上进行细胞培养。当有毒性物质释放时，由细胞形态变化和数量增减检测细胞毒性程度，同时可以直接观察到细胞在材料表面贴附情况。直接接触法不仅能直接检测材料溶出物的细胞毒性，同时也是考察材料与组织细胞相容性的重要手段。通常“材料生物相容性好”，很多场合都是指细胞容易贴壁且能迅速繁殖生长。因此可根据直接接触法细胞培养的结果推测材料植入人体后与机体细胞的反应。但是，对于与血液接触的循环系统来说，为了避免引起血栓形成，就希望细胞难以贴壁且不易增殖。因此应根据材料的使用目的，作出相应的生物相容性判断。
Tsuchiya[9]等于1994年对琼脂法、分子滤过法、浸出液和直接接触法对材料的细胞毒性敏感程度的差异性进行比较。作者认为浸出液法适合检测材料溶出物毒性，并与动物毒性试验结果相符合。直接接触法对材料的细胞毒性敏感性最高，可测出材料微弱的细胞毒性。琼脂法适合对毒性大的大指材料进行筛选。分子滤过法适合毒性成份分子子量小的材料进行生物相容性评价。
综上所述。细胞毒性试验方法多种多样，并各有其特色。每种试验方法因其原理及方法不同，选择材料的针对性也不同。根据实验材料本身理化性质、毒性成份表现形式、毒性作用强弱及材料用途选择正确的实验方法是至关重要的。转贴于
2实验细胞研究进展
目前细胞毒性试验中应用最早的及使用最广泛的细胞是L-929细胞，该细胞是Earle等1948年从小鼠皮小组织中分离出的成纤维细胞。另一种应用较多的细胞是Gey等1953年从人类子宫肿瘤中分离出的子宫粘膜上细胞（HeLa细胞）[10]。由于这两种具有传代容易，繁殖迅速、体外培养条件低、易储存，同时这两种已建立成系的细胞株能为实验提供稳定传代的细胞，能为许多材料细胞毒性评价所共用等优点。1982年美国质量标准协会将L-929细胞和HaLe细胞推荐为细胞毒性试验中的标准细胞[2]。
由于L-929细胞来源于小鼠的皮下组织，HaLe细胞来源于人的肿瘤组织。这两种已建立成系的细胞株都具有无限分裂增殖类似肿瘤细胞的特征。因此人们对利用这现两种细胞代替人体正常组织细胞评价材料的生物相容性的敏感性及可靠性产生了疑问。同时随着不断涌现，人们对材料植入人体后与机体组织之间可能发生的反应其对材料的影响产生了浓厚的兴趣。因此单用L0929和HaLe细胞培养检测材料的生物相容性已不能满足人们的这种需要。
从九十年代起越来越多学者根据材料植入体内的不同部位及使用目的选择人体不部位或/和组织来源的细胞作业实验细胞，使体外细胞培养对机体内环境的模拟更趋真实，其结果更为准确与客观。
对宿主而言植入宿主体内的生物材料是种异物，因此材料植入体内最普遍和最常见的反应是免疫排斥反应。由于单核巨噬细胞来源于人体的血液，在人体免疫系统中起着重要的作用，能释放各种刺激因子激活补体引起急慢性炎症反应，同时刺激成纤维细胞生长促进伤品的愈合。因此选择单核巨噬细胞作评价材料细胞毒性的实验细胞，有助于人们了解材料置入体内引起的炎症反应对组织细胞的影响[1]。
Cheung认为不同组织来源的细胞材料的敏感性是有差异的[12]。只用软组织来源的细胞培养检测材料的细胞毒性尚不能全面反映出材料的生物相容性。以骨替代材料和牙用材料为例。前者种植到骨组织内，所接触的是骨环境，而后者存在于软组织环境中。因此骨替代材料应选择骨组织来源的细胞，因为这种细胞在体外培养中可形成体内环境一致的矿物化小结，这种小结内含有类成骨细胞和类骨髓细胞及钙化的胶原基质，使体外细胞包培养更好地模拟了生物材料与骨组织在体内的反应。牙用材料可释放一些可溶性的毒性成份如Na+、Ca2+、Al3+和氟化物等[]14，这些可溶物质主要影响邻近的牙组织及口腔粘膜的上皮细胞、成纤维细胞及各种免疫细胞，并对这些细胞的生长、附着增殖及代谢等功能产生影响。因此对牙材料采用口腔粘膜的成纤细胞或/和上皮细胞才能更准确地反映出材料的生物相容性。
3细胞毒性的观察方法
以往对材料生物相容性的评价往往着眼于细胞的形态与数量，通过细胞形态的改变和数量的增减判断材料的细胞毒性[15]。由于材料毒性成份对细胞的损伤，首先发生细胞生物化学反应和生物分子结构的改变，出现代谢和机能的改变如线粒体氧化代谢障碍、蛋白质合成下降，细胞膜选择性通透屏障作用消失等，这种变化用形态学方法通常不能发现。只有当细胞死亡10h以上，细胞的自溶性变化相当明显的才能在光显微镜下根据细胞死亡的判断特点，即核浓缩、核碎裂、胞浆伊红染色等判断材料的细胞毒性程度。因此传统的细胞毒性观察方法不能及时、准确地判断材料的细胞毒性。
九十年代以来，越来越多学者倾向于从材料毒性成份引起细胞死亡所产生的细胞形态和数量的变化评价材料生物相容性转移到材料对细胞的生长、附着、增殖及代谢功能的影响，并提出了以存活的有功能的细胞或/和细胞生长增殖情况作材料的生物相容性评价指标。
在体外细胞培养中已有学者提出一些能敏感地反映细胞活力功/和细胞殖的实验室评价方法。如放射性位素（3H-胸腺嘧啶，3H-亮氨酸等）摄入法[16]、荧光染色法（如乙酰乙酸荧光素）[18]、流式细胞光度术等[19]。这此方法各有其优缺点及适用范围。
放射性同位素摄入法是在培养基中掺入3H-胸腺嘧啶或/和3H-亮氨酸等，根据3H-胸腺嘧啶在细胞内含量测量DNA的合成含量，3H-亮氨酸含量测定细胞内蛋白质合成清况[16]。该法能揭示细胞分子水平的动态变化，是研究细胞代谢状态的重要手段。但同位素物质对研究人员会造成一定程度的放射性损害，同时需要特殊设计的实验室和一些特殊设备是其缺点。
四甲基偶氮唑盐微量酶反应色法（MTT法）是由Mosroann在1983年提出，最初应用于免疫学领域，近年一些学者将该法应用到生物相容性评价中[20]。其原理是线粒体琥珀酸脱氢酶能催化四甲基偶氮唑盐（MTT）形成兰色甲替。形成数目的多寡与活细胞数目和功能状态呈正相关，该法简便迅速、不接触同位素、而敏感性同位素法接近。该法缺点是甲替有时易聚集成团影响结果的难确性。
荧光染色法：其基本原理是当细胞受到损伤时，细胞膜的选择通透性屏障作用消失，利用乙酰乙酸荧光素和溴化乙锭快速进出细胞膜受损的细胞特点。在荧光显微镜下迅速区分受损细胞[22]该法特点适合评价首先影响细胞膜功能的材料的生理相容性。
流式细胞光度术（Flowcytometry，FCM）是近几年迅速发展起来的分析细胞的方法[22]。该法利用鞘流原理，使被荧光标记的单个悬浮细胞排成单列，按重力方向流动。细胞被激光照射后反射荧光，检测器械可逐个结细胞的荧光强度进行测定。FCM对细胞测定能力30-60万个细胞/分钟，同时可对细胞的核酸，蛋白质、酶、细胞周期分布等八种量进行测定。该法在材料的生物相容性评价中有着广泛的应用价值。
4结束语
细胞生物学研究的主要内容篇4
??7月1日，卫生部干细胞禁令到期。这个禁令就是2012年1月6日卫生部下发的《关于开展干细胞临床研究和应用自查自纠工作的通知》，通知中要求在7月1日前停止在治疗和临床试验中试用任何未经批准使用的干细胞，并停止接受新的干细胞项目申请。禁令出台以后，国内风风火火的干细胞疗法被泼了一盆凉水。如今禁令到期以后，很多机构和单位又摩拳擦掌，准备大干一场。可干细胞研究背后的潜在问题还依然存在。
干细胞治疗包治百病？
“目前在世界范围内，除了造血干细胞，其他的一些干细胞研究都处在研究及动物实验的阶段，国内近些年这个领域比较混乱，业内存在着众多各种名目的干细胞治疗项目，从美容到各种慢性病都囊括其中。”中国科学院北京基因组研究所教授甄二真说。
??例如在美容行业，近年来一种用人体自身皮肤干细胞来进行除皱除疤痕美容的技术，就成为媒体报道和公众关注的热点，它被形容成“用自己的细胞为自己美容”，也有人将其称之为“一场除皱美容的生物革命”。但经过专家及国家卫生部门证实，目前世界上已经能够成熟应用的并不存在这一技术，干细胞美容完全是一个骗局。据悉，现在干细胞美容的相关研究更多是在实验室的研究阶段，还没有一项干细胞产品真正推向市场。
??据了解，干细胞是一种未充分分化、尚不成熟的细胞，具有再生各种组织器官和人体的潜在功能，医学界称之为“万能细胞”。也正是这种特性，干细胞在医疗系统受到了广泛的欢迎。
??但是在国内，其混乱的局面也带来了很大的隐患。记者从业界专家中了解到，国内干细胞治疗的一个重要隐患就是用于移植的干细胞制品来源渠道复杂，有的来源于医院自制、有的来源于科研机构实验室、有的来源于专门供应干细胞的公司。面对多种渠道来源的制品，制备工艺各异、质量控制指标不同，造成最终输注的细胞质量不可控制，而这种状况也给患者的治疗埋藏下很大的健康风险。
另外甄二真表示，现在国内一些医疗机构所宣称的干细胞治疗实际上并不是干细胞治疗，他们只是在打着干细胞的旗号行骗，其中在一些民营医疗机构中，这种问题就更为普遍，在他们的眼中，干细胞治疗似乎已经成了包治百病的灵丹妙药。
干细胞移植存在伦理争议
??北京大学医学部伦理学教研室主任李本富告诉记者，在干细胞领域，最具有争议性的就是人类胚胎干细胞的研究，人类胚胎干细胞来源于早期胚胎，具有“全能”的分化潜能，理论上可以发育成人体的任何组织和器官。而现在的一些胚胎干细胞研究，是把胚胎干细胞从早期胚胎中分离出来，建立胚胎干细胞系，将其诱导分化成为某种特定功能的细胞，可用于治疗糖尿病、老年痴呆症、唐氏综合征等多种疑难病症。
但是胚胎干细胞所面临的问题是，在提取和分离过程中不可避免地利用和破坏了人类的早期胚胎，所以人类胚胎干细胞的研究一直为宗教界和伦理界所诟病。一些反对者认为，人类不能为了治疗疾病而扼杀“生命”。
也正是这样的一些原因，人类胚胎干细胞领域的一些研究一直饱受批评和指责，现在世界各国，尽管有不少人和研究机构依旧在进行人类胚胎干细胞的研究，但是一般也都是谨慎而行，各国也都制定了一些具体的限定性举措。
不过由于管理方面的一些缺失，也有一些研究人员和机构偷偷突破人类胚胎干细胞研究的限制，私自进行各种实验。
卫生部禁令是无奈之举
我国干细胞领域的研究并不是没有约束。2003年12月24日，科技部和卫生部正式颁布实施了《人胚胎干细胞研究伦理指导原则》，具体规定了允许开展哪些研究，禁止开展哪些研究。李本富告诉记者，他本人也参与了这个《指导原则》的一些讨论，直到现在，里面的一些规定在解决人类干细胞研究的伦理非议方面依旧具有重要指导意义。例如其中明确规定禁止人的生殖性克隆，禁止将研究用胚胎植入人和其他动物生殖系统，禁止人的生殖细胞与其他物种生殖细胞的结合，另外利用体外受精、体细胞核移植等技术手段获得的囊胚，其体外培养期限自受精或核移植开始不得超过14天等等。
为何囊胚体外培养的期限不得超过14天呢？李本富说这是科学界就受精卵到新生儿之间的发育过程所达成的共识。因为从生物学的角度看，在受精14天之前，胚胎并不具有个性。然而在受精14天左右，原先的受精卵就开始出现了一定的结构。因此，科学界把受精14天视为胚胎开始成为人的“下限”。
按理说，有了《指导原则》的规定，我国干细胞的研究可以在规范中得到发展。但遗憾的是，当时《指导原则》中并没有规定干细胞研究的准入登记制度，也没有监督机制和报告制度。这直接导致了国内众多科研院所﹑医疗机构及一些企业一哄而上的局面。
为了规范国内的干细胞应用，强化对该行业的管理和控制，2012年1月6日，卫生部下发《关于开展干细胞临床研究和应用自查自纠工作的通知》，这也就是业界所说的干细胞禁令。在很多人看来，卫生部采取这种举措，也是没有办法的办法。
未来如何规范？
其实在国际上，干细胞的研究也是一个颇有争议性的行业。由于认为该技术涉及人类胚胎干细胞系，有悖于伦理道德和公共政策，2011年欧盟法院宣布禁止干细胞研究进入专利申请程序，而美国则因为政治体制的原因，从联邦到各个州，对于干细胞的态度一直摇摆不定。
李本富说，由于我国允许流产，人类干细胞研究所面临的伦理风险也要比一些西方国家小得多，但是现实中的一些乱象也导致了卫生部不得不禁令予以规范。
现在的问题是，7月1日后将如何处置呢？业界有分析人士认为，如果没有新政策出台，这意味着各相关机构又可以名正言顺地进行干细胞项目的研究和开发。
细胞生物学研究的主要内容篇5
DNA不仅是生命的密码，还可以作为制造纳米级构件和机器的通用元件，基于“自下而上”(bottom-up)的原则可以将DNA分子组装成高度有序可控的DNA纳米结构.自Seeman教授1982年首次制备出DNA纳米结构以来，DNA纳米技术的研究已经取得了突出的进展.目前，各种设计精巧而复杂的DNA纳米结构被应用于分子检测、肿瘤诊断、生物医药、药物输运、生物分子组装、生物传感器、纳米分子机器、靶向治疗等诸多领域.在DNA纳米结构被广泛应用的同时，其安全性包括细胞水平的摄取和毒性，动物水平的吸收、分布、代谢和排泄等也越来越受到研究人员的重视.全面了解DNA纳米结构的安全性，对于优化DNA纳米结构的设计，将其更好地应用于生命科学领域具有重要的意义.
本文首先简单介绍了DNA纳米技术的发展以及DNA纳米结构的构建方法和特点，然后分体外细胞和体内动物两个层次，综述了近年来DNA纳米结构的安全性研究进展.最后总结指出，DNA纳米结构的安全性研究工作尚不完善，并展望了在进一步工作中该领域应重点开展的研究方向.
2DNA纳米技术简介
DNA，即脱氧核糖核苷酸(deoxyribonucleicacid)，作为生命遗传信息的储存物质广泛存在于生物体内.1953年，DNA双螺旋结构的发现极大地促进了现代生命科学的发展.DNA双螺旋结构宽2nm，螺距3.4~3.6nm，每个碱基的长度约0.34nm，这些性质决定了核酸分子在纳米组装时具有尺寸适应性.更重要的是,DNA具有卓越的可编码性，根据碱基配对原则腺嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T)、鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)互补配对可以进行精确的设计，从而构造出各种各样的纳米结构[31].1982年,Seeman教授[2]提出，DNA能够通过碱基互补配对原则形成特定的结构，而且单个的结构可以通过粘性末端形成复杂的二维或三维结构，引领了整个DNA纳米技术领域的发展.此后，研究人员以DNA为“建筑材料”，通过“自下而上”的构筑方法，设计合成了各种功能化的DNA以及不同形状的DNA纳米结构，DNA纳米技术也渗入到众多研究领域中.
近30年来，DNA纳米技术取得了突飞猛进的发展.DNA纳米技术的最大特点在于可以将DNA序列精确设计和组装成我们想要的结构.当前，构建DNA纳米结构有两种主要的方法：模块结构组装(tile)和DNA折纸术(DNAorigami).模块自组装是层次自组装(hierarchicalassembly),通过将目标结构分解成小的结构单元，利用每个结构单元里核酸链直接的强作用力以及结构单元之间略弱的作用力，形成整个结构.利用该方法可以构造出一维线性排列、二维平面网格、可寻址阵列、纳米纤维、三维多面体乃至三维晶体等多种结构,这种构建方法是DNA折纸术出现之前DNA纳米结构的主要构建方法.2006年，Rothemund发明了DNA折纸术，该技术的出现使得制作复杂DNA纳米结构的能力得到极大提升.DNA折纸术是一种成核自组装(nucleationassembly),整个组装过程围绕若干成核点(或称成核链)一次进行，因此，通过DNA折纸术生成图形的复杂度较模块自组装大大提高.通过DNA折纸技术，研究人员已经构建出了包括笑脸、海豚、中国地图、巨石、螺帽、桥式结构、细颈瓶、立体花瓶、五角星、方形、矩形、三角形、空心盒子、四面体和立方体等各种精巧的纳米图案和纳米结构此外，由DNA模块或是DNA折纸构建的模板中每条钉书链都可以延伸出特定可识别的序列，这使得通过DNA纳米技术构建的模板可以进行进一步的功能化修饰并广泛应用到诸多研究领域中.
3DNA纳米结构的安全性研究
在纳米领域，每一种新的纳米材料被制备出来并应用到众多研究领域特别是生物医药相关的领域中时，其生物安全性是研究人员首要关心的课题.同样地，DNA纳米结构作为一种新型的纳米材料在被广泛应用的同时，科学家也对其安全性进行了评估，下面将从体外细胞和体内动物两个层次介绍近年来的研究进展.
3.1细胞水平
细胞是构成生命的基本单位，外界任何有害因子对机体的作用，均可通过细胞形态与功能的改变表现或检测出来.细胞模型具有简单、实验条件的一致性易于控制、实验结果重复性较好等优点.并且，细胞实验所需要的DNA纳米结构的量较少，因此大量工作致力于在细胞水平开展研究.
DNA四面体是DNA纳米结构的典型代表，它由4条DNA单链自组装形成，因制备方法简单，产率较高而研究最多.樊春海研究组[43]应用共聚焦显微技术研究了RAW264.7巨噬细胞和荧光标记的DNA四面体的相互作用，孵育2h后，在细胞质中观察到强烈的荧光信号，说明该纳米结构能被细胞大量摄取，而用于合成该四面体的DNA单链和细胞孵育后细胞质中只检测到很微弱的荧光信号，说明四面体结构的形成对于有效的细胞摄取十分重要.流式细胞仪的定量分析结果也显示，与DNA单链相比，形成四面体纳米结构后，细胞的摄取量显著增加.并且，形成DNA四面体结构后能有效抵抗生物介质中核酸酶的降解，在细胞外和未灭活的胎牛血清孵育4h后仍保持完整的四面体结构.与细胞孵育8h后，细胞内分别用Cy3和Cy5标记的四面体两个顶点的荧光仍能很好地重合，充分证明了形成的DNA纳米结构具有良好的稳定性，这也是其能够应用于生物医药领域研究的重要特点之一.进一步地，该研究组使用全内反射显微镜、单粒子示踪等细胞成像技术，实时观察了单个DNA四面体结构穿过细胞膜并在胞内运输的过程(图1),发现DNA四面体结构的细胞摄取是一种能量依赖的过程，在细胞膜上的小窝蛋白介导下产生内吞，该过程可以在1min内完成.随后，DNA四面体结构通过由微管蛋白构成的细胞骨架系统进行运输，并最终到达溶酶体.并且，当DNA四面体结构被连接上信号肽分子后，还可以改变细胞命运.例如，载有核定位序列NLS的DNA四面体结构可以从溶酶体中逃逸出来而进入细胞核内.
虽然DNA纳米结构被细胞大量摄取，但是对细胞的生长没有显著影响.例如，Li等_用MTT法检测了DNA四面体纳米结构对RAW264.7巨噬细胞的毒性，发现DNA四面体在浓度为100nmol/L时对细胞存活率没有任何影响.类似地，Charoenphol等和Kim等的工作中分别检测了DNA四面体对宫颈癌细胞HeLa、成纤维细胞NIH3T3和乳腺癌细胞MCF-7等多种细胞存活率的影响，发现即使是使用很高的浓度(250和500nmol/L)也对细胞不显示任何毒性效应.除了四面体结构外，其他形状的DNA纳米结构也具有良好的生物相容性.Jiang等制备了二维管状和三维三角形形状的DNA折纸纳米结构，细胞核形态分析，碘化丙啶(PI)和细胞存活率分析结果显示，这两种纳米结构对正常和耐药的乳腺癌细胞均不显示毒性.同年，Zhao等也制备了管状的DNA折纸纳米结构用于药物输运系统的研究，同样证明了其对乳腺癌细胞不具有任何毒性效应.在无机纳米材料的安全性评估中，研究人员发现其生物相容性常常与形状以及尺寸大小密切相关.例如，球状的纳米金通常生物相容性较好，而棒状结构的纳米金则具有一定的细胞毒性[48].碳纳米材料中，直径较小的单壁碳纳米管毒性常常大于直径较大的多壁碳纳米管相反地，氧化石墨烯则片层越小生物相容性越好.对于DNA纳米结构，其大小、形状均不会影响其生物相容性，这一特点使得研究人员能够按照需要任意设计结构，大大拓展了其在生命科学领域的应用.
3.2动物水平
与体外细胞实验相比，动物实验能够检测纳米材料在生物体各个脏器的分布情况，追踪纳米材料在体内的代谢和排泄行为，更进一步反应纳米材料和人类相互作用可能产生的生物学效应，从而为其在生物医学领域的应用提供更多有用的信息.
在体内研究中，大部分工作也围绕DNA纳米结构的典型代表DNA四面体展开.2012年，Anderson研究组在该领域作出了先驱性的工作，他们设计制备了20nm的DNA四面体结构作为siRNA输运载体并应用于体内研究.由于叶酸受体在许多癌细胞系中过量表达，他们在该寡核苷酸纳米颗粒(oligonu?cleotidenanoparticles)上引入了叶酸分子作为肿瘤靶向配体.制备好的寡核苷酸纳米颗粒通过尾静脉注射进入到肿瘤小鼠体内，荧光分子断层成像融合X射线断层成像(FMT-CT)技术定量分析了24h内寡核苷酸纳米颗粒的体内分布和代谢行为，结果显示，该寡核苷酸纳米颗粒能在肿瘤部位大量富集，并且肾脏有较多摄取，肝和脾有一定摄取，其他器官如肺和心脏等则摄取很少(图2).由于寡核苷酸纳米颗粒载体的载带，siRNA在小鼠体内的血液循环半衰期延长了4倍(从6min延长至24.2min).此外，Surana等在近期发表的综述文章中特别指出，DNA具有一定的免疫原性，很可能引发生命体系的各种免疫反应，因而DNA纳米结构和免疫系统的相互作用是DNA纳米结构安全性评估的又一重要内容.在上述工作中，研究人员注射该寡核苷酸纳米颗粒6h后，血清中干扰素a(IFN-a)水平和对照组相比没有显著差异.这些结果表明，Anderson研究组构建的DNA纳米载体在体内具有良好的稳定性、很强的肿瘤靶向效应以及很低的免疫原性，因而在体内抗肿瘤研究中具有广阔的应用前景.最近，樊春海研究组[54]也制备了连接有叶酸分子的DNA四面体结构，使用近红外荧光基团和放射性核素同时对该DNA纳米结构进行标记，尾静脉注射，考察其在肿瘤小鼠体内的分布和代谢行为.荧光成像以及单光子发射断层成像融合X射线断层成像(SPECT/CT)结果均显示，该DNA纳米结构能很好地在肿瘤部位富集，同时肝、肾和脾等器官也有一定摄取，最后通过尿液排泄出体外.与DNA双链相比，形成四面体纳米结构后，其在小鼠体内的血液循环半衰期提高了一倍，并且该DNA纳米结构能在高浓度小鼠血清中稳定存在12h.这些结果显示，DNA纳米结构在体内多模态分子影像探针研究领域亦有良好的应用前景.
在DNA纳米结构相关的各类生物医学研究中，根据不同的实验目的，常常采用不同的给药方式，这使得DNA纳米结构在体内的分布和代谢行为也有所不同.例如，Kim等制备了荧光标记的DNA四面体结构并应用于肿瘤小鼠体内前哨淋巴结(sentinellymphnodes)的成像研究，DNA纳米结构由前肢足垫(forepawpad)皮下注射进入小鼠体内.注射后2h，荧光成像结果显示，四面体结构主要富集在小鼠腋下的前哨淋巴结区域，肾、肝和脾中有少量分布.可见，根据不同的实验目的采取适当的给药方式，可以大大提高DNA纳米结构在特定组织的富集效率，从而更好地应用于进一步的生物学研究.值得注意的是，不同的给药方式下，DNA纳米结构除了在特定组织富集外，在肝、脾等网状内皮系统均有一定的吸收，但最后都能经肾脏被排泄出体外，这说明DNA纳米结构在体内应用中具有良好的安全性.
为了达到更好的体内应用效果，丁宝全研究组考察了不同形状的DNA折纸纳米结构在肿瘤小鼠体内的分布和代谢行为.他们选用M13噬菌体DNA和辅助DNA链通过自组装的方式制备了三角形、四边形和管状3种DNA折纸纳米结构，并在纳米结构上连接量子点(QDs)用于荧光成像.尾静脉注射给药结果显示，在3种DNA折纸形状中，三角形折纸具有最好的肿瘤富集效果，并且在其他脏器的分布很少；正方形和管状DNA折纸除了在肿瘤部位富集外，肝脏和肾脏也有很强的吸收(图3(a,b)).进一步地，他们对三角形DNA折纸的体内生物相容性进行了系统评估.
细胞生物学研究的主要内容篇6
一、国内外细胞生物学教学状况
由于细胞生物学是现代生命科学领域的基础学科，国内外综合性或专门性的教学机构都将细胞生物学教学放在特别重要的地位，教学手段的建设也发展迅速。
细胞生物学课程本身的知识内容多、理论推导复杂，学生平时的学习会遇到理解方面的困难。因此，国外许多教学机构很早就开展了将深奥难懂的理论知识以直观、形象的方式向学生教授的模式探索。随着多媒体技术的兴起，他们制作了许多精美的动画，演示细胞生物学中抽象难懂的内容，例如，细胞分裂、细胞骨架蛋白的组装与去组装、肌肉运动、白细胞运动、细胞衰老等。这些平时没有直观感受的、关于分子细胞生物学方面的抽象内容转换成教学动画素材后，形象地帮助学生去理解相关知识内容，使得他们对生命的奥秘有了深入的理解，并进一步对细胞生物学产生浓厚的兴趣，从而最终投身于生命科学领域的科学研究。从近50年来诺贝尔奖颁布情况来看，接近90%的诺贝尔奖项目与细胞生物学有关，这个情况一方面表明细胞生物学在现代生命科学研究中的重要地位，另一方面也从侧面反映出国外重视细胞生物学的教学，从而培养大批专业基础扎实而富有创新能力的科学研究人才。
国内重点综合性大学也都非常重视细胞生物学的教学与研究，从1950年细胞生物学的正式诞生开始，兰州大学、北京大学就建立了专门的细胞生物学教学与科研机构。目前中山大学、北京大学、中国医科大学、北京师范大学等985、211高校先后建立了细胞生物学教学网站。近年来，根据对国家自然基金项目审批情况的不完全统计与分析，国内这些学校在生命科学领域中所申报成功的项目里细胞生物学所占的比重逐年增高。例如，北京大学承担的生物方面国家自然基金中，近五年来细胞生物学领域有关研究从50%上升到近80%；西北农林科技大学在学校学科发展战略性政策倾斜思想指导下越来越重视细胞领域的研究，近年来国家自然基金获批数量飞速增长，这也与对细胞研究的重视有关。这些国内情况表明，随着细胞生物学的发展，科研工作人员研究水平逐步提高，而大学要培养高水平生命科学领域的科学家，就必须要重视包括细胞生物学在内的三大基础科学的教学与研究，这对高校教师完善科研思维、促进他们的科研发展具有重要作用。
然而，细胞生物学内容繁杂，抽象的地方多，而且新方法、技术、观点层出不穷。这导致学生在学习细胞生物学的过程中有一定的难度。同一个班级，不同学生个体差别很大，特别是传统的、单一进程的输灌式教学方式容易导致学生学起来产生枯燥感，挫伤他们的学习积极性。这样的状况不利于细胞生物学的学习。因此，建立一套立体化教学体系，启发式、探索式的学习也许能让不同层面的学生找到适合自己的路径以便更好地学习[2]。
二、立体化教学理念与实践
立体化教学包括立体化教学资源、立体化教学层次和立体化教学评价，主张综合利用网络平台、多媒体课件等手段循序渐进地传授基本知识，形象而系统地传授抽象的内容，因材施教，对不同个性的学生制定广度和深度不同的个性化教学内容，基于厚基础、重个性”的理念开展立体化培养，对学生的学习与提高、教师的教学与科研都有许多好处[3-5]。
（一）教学资源的立体化
依据教学大纲设置内容合理、多媒体丰富的学习平台，让不同的学生找到适合自己的学习模式[6-7]。全方位、立体化的教学首先在资源上能把细胞生物学抽象的知识形象而生动地呈现给学习者，知识密度大、表现力强，通过将教学内容化静态为动态、化抽象不可见为直观可见、化复杂多变为简洁明了，可以顺利地引导学生突破思维障碍，使原本艰难的教学活动充满魅力，更能有效地激发学生的学习兴趣和欲望。例如，在绪论中引入哈佛大学制作的白细胞在毛细血管内壁滚动和钻入发炎组织部位过程分子细胞生物学机制的动画，让学生体会到不起眼的生命活动现象中原来也有如此多的奥秘，好奇心被激发出来，从而对课程各部分的学习产生浓厚的兴趣。在细胞骨架章节中回顾并详细讲解这段动画，有助于学生形象地理解相关知识，并能够与细胞膜结构和功能、中心法则、蛋白质分选等内容开展知识点之间的立体化联系。又如肌肉运动中的肌丝滑行过程反应步骤多、抽象而复杂，用动画可直观地演示动作电位产生、钙离子释放、钙离子结合、原肌球蛋白位移、ATP分解释放能量、肌动蛋白与肌球蛋白之间的相互运动、钙离子回收等生理过程。原来枯燥、呆板、深奥的科学原理，从多角度、多层面以更真实、更直观、更立体的方式表现出来，更加便于学生对知识的理解和掌握，使艰深的专业知识学习成为一种乐趣。在传统的教学中，教师讲解这些内容面向不同班级的学生要多次反复地在黑板上画图、板书，有时因为内容艰深容易顾此失彼，徒增学生的困惑，而形象生动的动画能大大减轻教师的负担，大大增加课堂内的有效讲授时间，较好地解决学时少、内容多的矛盾。通过教学资源的立体化，向学生提供一个生动而丰富的教学课件与网络平台，对传统教学时间、空间是一种突破，可为学生提供充分的课后学习资源，作为学生补充学习之用，也为学有余力的学生对某些感兴趣的领域自学提供良好的平台和深入思考的空间。
