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利用光镊和膜片钳技术探索人肝癌细胞株膜电规律

杨景波  
【摘要】:细胞电生理活动是最普遍的生命现象之一,亦贯穿生命的始终,与细胞增殖周期关系密切,在细胞的识别、粘附、吞噬、分化、迁移以及恶变的过程中起非常重要的作用。研究报道肿瘤细胞的表面电荷与正常细胞存在显著差异,外加电磁场后可抑制肿瘤细胞的恶性行为。可见细胞膜电荷的改变是细胞恶变的直接表现和结果,很可能也参与了其恶变的进程。 随着人类对于细胞电生理活动的不断深入了解,其膜电荷量、膜电位、膜电容量等的精确测量显得更加重要且迫切。目前多采用激光多普勒电泳技术和单细胞凝胶电泳等方式研究膜电荷量,但这类方法只能测量相对变化量,不能测量具体值。至此,肝癌细胞膜电的准确测量依旧是一个难题,因此,精确测量肝癌细胞膜电的确切值以及寻求恶性程度不同的肝癌细胞株膜电变化规律具有重要的意义。 研究目的: 比较人肝癌细胞株与正常肝细胞表面膜电荷量、膜电位、膜电容量的差别,阐明肝癌细胞恶变进程中细胞膜电变化规律。 研究方法: (1)常规培养人正常肝细胞HL-7702,2株高分化肝癌细胞株Huh-7和HepG2,1株中分化肝癌细胞株BEL-7402以及2株低分化肝癌细胞株SK-HEP-1和SMMC-7721,利用流式细胞仪分别选取处于G1期和M期的成熟细胞各10个,保持细胞处于静息状态; (2)成功建立改良的“光镊—细胞电泳”系统,并通过对酵母菌细胞表面膜电荷的测量来验证此系统的准确性和稳定性; (3)通过全细胞膜片钳技术分别测量处于G1期和M期的6种细胞表面膜电位、膜电容量的差异; (4)最后利用Spss17.0统计软件,独立样本的t检验分别描述其统计学规律,设P0.01为具有统计学意义。 研究结果: (1)我们所建立的改良“光镊—细胞电泳”系统,测得酵母菌细胞表面膜电荷量为5.11±0.24x10-10C,单位表面积膜电荷量为:6.25±0.26x10-12C/μm2; (2)全细胞膜片钳测定处于G1期的正常肝细胞HL-7702,肝癌细胞株Huh-7、HepG2、BEL-7402、SK-HEP-1和SMMC-7721静息状态下膜电位分别为:-5.4±1.71mv、-35.88±4.20mv、-36.90±1.86mv、-38.50±5.15mv、-44.70±3.95mv、-47.20±4.64mv,膜电容量分别为:15.32±1.81pf、19.88±1.30pf、19.70±1.21pf、19.96±1.44pf、25.72±2.35pf、25.93±2.36pfo处于M期的6种细胞静息状态下膜电位分别为:-12.6±1.63mv、-56.90±5.20mv、-57.00±4.54mv、-58.45±5.16mv、-75.70±3.59mv、-74.70±5.64mv;膜电容量分别为:20.50±1.44pf,28.86±1.29pf、28.88±1.22pf、28.96±1.54pf、40.69±2.33pf、40.91±2.34pfo (3)在膜电位方面:与处于同一细胞周期(G1期、M期)静息状态下的正常肝细胞相比,肝癌细胞株均明显降低(P0.01),且低分化肝癌细胞株明显低于中、高分化肝癌细胞株(P0.01),中、高分化肝癌细胞株以及分化程度相似的肝癌细胞株之间无统计学差异(P0.05)。 (4)在膜电容量方面:与处于同一细胞周期(G1期、M期)静息状态下的正常肝细胞相比,肝癌细胞株均明显增高(P0.01),且低分化肝癌细胞株明显高于中、高分化肝癌细胞株(P0.01),中、高分化肝癌细胞株以及分化程度相似的肝癌细胞株之间无统计学差异(P0.05)。 (5)静息状态下处于M期的同一种细胞的膜电位显著低于Gl期,膜电容显著高于G1期(P0.01),且差异性随恶性程度的增加而增大。 研究结论: (1)改良后建立的“光镊—细胞电泳”系统能够较为准确的测量酵母菌表面膜电荷量,证实此设备可用于测量肝癌细胞株和正常肝细胞的膜电荷; (2)处于同一细胞周期,静息状态下的肝癌细胞株的膜电位均明显小于正常肝细胞,且随恶性程度的增加而减小; (3)处于同一细胞周期,静息状态下的肝癌细胞株的膜电容量均明显大于正常肝细胞,且随恶性程度的增加而增大; (4)静息状态下处于M期的同一种细胞在膜电位和膜电容量两方面与处于G1的同种细胞相比存在显著性差异,且差异性随恶性程度的增加而增大,可能与M期细胞代谢更加活跃有关。


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