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《南京大学》 2011年
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超声联合微泡促进基因转染的研究

邱媛媛  
【摘要】:基因治疗主要基于DNA或药物与细胞直接作用的机制,通过改变细胞自身结构和遗传信息实现治疗,有效提高药物载体的运输效率是该技术发展的关键。病毒载体的转染技术易受到人体免疫系统的影响,并可能会对正常组织细胞产生危害。因而,迫切需要发展非病毒载体技术,安全而有效地将DNA或药物送入目标细胞内。体外生物实验发现混有超声造影剂的细胞溶液被超声激励时,细胞膜可以瞬时“打开”,然后“重新关闭”,这一现象称为“声致穿孔”。微气泡在超声激励下产生的声孔效应可使得细胞膜暂时性打开,并将大分子摄入细胞内,但是声孔效应很难量化控制。本论文着重研究超声联合微泡促进基因转染效率提高的物理机制,以达到优化声孔效应的目标。在实验研究中利用1MHz超声(20cycle)作用MCF-7细胞,PEI:DNA的复合质粒和造影剂气泡的混合溶液,超声信号的可变参数为声压(P;0 (sham组),0.3,0.75,1.4,2.2,3.0 MPa),作用时间(T;0,5,10,20,40,60 s),脉冲重复频率(PRF;0,20,100,250,500,or and 1000Hz)。实验中进行了以下四方面的工作:(1)使用PCD(Passive Cavitation Detection)系统检测IC(Inertial Cavitation)活动并量化成ICD;(2)使用流式细胞仪鉴定DNA转染效率;(3)使用PI单染色法通过流式细胞仪检测细胞存活度;(4)使用扫描电子显微镜研究了细胞膜声孔作用的结果。结果表明:(1)超声照射时产生的ICD与超声参数(例如声压,总照射时间,不同脉冲重复频率)相关;(2)DNA转染效率随ICD的增加呈线性增长,但会逐渐饱和达到最大值;(3)实验测得的ICD结果与细胞膜发生声穿孔的孔径大小以及细胞的存活性彼此高度相关。结果表明,惯性空化行为在超声通过声孔作用介导基因传递中扮演着很重要的角色,空化剂量可以作为在超声介导基因/药物传递过程的有效检测和控制手段。在物理机理研究方面对细胞附近脉动的微气泡周围的微流所产生的剪切力进行了数值计算,并与实验结果进行了对照。结果表明微气泡振动所产生的声微流引起的剪切力则在声致穿孔中起着关键性的作用。
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