北大生物医学论坛之内源磁性颗粒与磁场生物……

讲师风采
宋涛
讲师简介:
宋涛,中国科学院电工研究所研究员。1994年6月参加工作,1994年8月加入中国共产党。现任电工研究所电磁生物工程研究部主任研究员。 电磁生物工程研究组组长,博士生导师。中国生物医学工程学会生物电磁学……
视频简介:
多生物体内含有磁性纳米颗粒,这种内源性颗粒在一些生物的磁导航中发挥重要的作用,也是探讨外加交变磁场对生物影响机制的重要出发点。同时,生物磁响应特性的有效利用也有着诱人的前景。本报告主要围绕基于内源磁性颗粒的磁导航机制、内源磁性颗粒介导的极低频磁场生物学效应机制和趋磁特性及应用探索三个方面进行介绍。
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  至于说进一步的证明,目前我们也用一些昆虫进行一些实验。这是棉铃虫的,我们简单做一些装置就是说吊飞的实验,就是说这有一个杆,然后把那个棉铃虫粘着然后给它摄像,然后看它飞的时候路径的变化。这是从上头看的话可能更加明显,就是说它带了一个杆就是看它在,这是加了一个磁场,NS极的一个磁场可以看到它的这个变化。可以看出来实际这种昆虫,甚至是说那个家鸽它们的磁定向并不是很明显,就是大家想的我磁场一偏,然后它马上偏过来,实际也不是这样。就是说对于鸟来说它还有很多定向机制,从实验来说相当于是一些多次的统计这样的一个,看它有没有这样的趋势。 对于昆虫来说,不知道有没有动物所的,实际昆虫的这种迁飞更主要还是随风的一种,但是磁定向在一些黏虫等等的,实际是已经大家比较认可的。所以我们也是通过这样一些行为学的实验希望能够验证这种磁定向的机制。 好了,谈到这种地磁导航机制之后,我们再反过来看极低频磁场的生物学效应。就是说实际除了刚才谈到的这些迁徙的动物,还有昆虫或者趋磁细菌之外,在人的脑子里,特别是海马也发现有这种三氧化三铁的颗粒,而且有些颗粒它的形态跟趋磁细菌是完全一样的。所以最早发现的是1992年,他当时就是刚才谈到的那种基于磁颗粒的模型实际他当时提出来的,而且他也用这种模型解释可能同样的就是说有一个地磁场的时候,当外加的一个铰链磁场变化,假如说是一个100微特的场变化的话,这个磁颗粒也会发生变化,最后使得例子通道有一些变化。这是一种机制。 但是我们也很清楚就是说实际人脑,就是如果这种机制成立的话,人如果转向的话实际它也和地磁场就夹角,这个也应该起作用。但是经验告诉我们实际人应该不具备这种能力,那么这种磁颗粒到底是什么样的功能呢?目前还不是很清楚。最新的一些研究发现阿尔茨海默症它的患者脑内这种磁颗粒的浓度要比正常组要高很多倍。而且非常巧的是一些流行病学调查就是说工频的电磁场对AD的发生也可能会有一些影响,因此我们也在探讨就是说外加的这种极低频磁场是否跟磁颗粒的作用影响AD机制的发生。 还是谈到机制的话,就是说这种极低频磁场通过磁颗粒之后影响到生物体的机制,我们除了前面谈到的就是说通过物理的作用,包括磁转矩或者磁力以外最后影响神经系统的,除了这种机制之外,实际上还可能有其他的途径。我们简单罗列一下就是说这种极低频磁场可能影响生物磁颗粒的形成,或者它跟生物磁颗粒有一些相互作用最后可能会影响自由基。 我们用趋磁细菌做了一些实验就是说我们在平时,刚才谈到趋磁细菌地磁场实际给它提供了一个找到合适环境的一个基础。但是实际上我们在零磁场下养这个趋磁细菌会发现细菌类的磁颗粒仍然能形成,但是它的颗粒在零磁场,就是把地磁场给它补上掉之后它的磁颗粒大小会比地磁场下要大一些。那么加脉冲场之后,这个磁颗粒就变得大小不均一。这种影响的话到底是直接影响了它的一个磁颗粒的物理合成或者还是说影响了趋磁细菌的一些基因蛋白。因为趋磁细菌它的磁颗粒合成是一个生物控制的合成过程,所以直接影响了物理合成过程还是通过一些蛋白基因的影响导致了磁颗粒的形态变化,目前还不是很清楚。但是我们目前也是针对一些细胞然后结合到它的铁蛋白进行一些探索,看看磁场对铁蛋白合成最后是否能像AD病人那样脑中会最后形成一些磁性颗粒。目前这些研究在探索,另外我们从物理上来看就是说假如说有一个磁场,那么如果没有磁颗粒的时候它可能就是一个均匀的场,假如说是地磁场或者是100微特的焦变场,那么就是说是这样的一个场。当有了磁颗粒之后会发现就是在颗粒周围的场实际变得非常大,这是一个简单的例子就是说当外加场是50微特的时候,假如说以一个10纳米的颗粒让它距离很近或者说10个纳米距离的时候大概有一百个豪特的这种量级,也就是跟刚才讲的那个标准来说实际上增大了一千倍。也就是说磁颗粒存在使得磁颗粒周围的磁场要远远大于外加的场,当场增加了之后,它的导致生物效应的这种物理机制就应该很容易,至少很容易的去理解。但是当磁颗粒增多了之后,我们很自然的就是这样比较高的场的范围就变得更大一些。 这种机制是否起作用呢?我们也简单做一些初步的实验。我们用二氧化硅修饰的这种磁颗粒然后培养那个,就是加到那个TC12的细胞的培养液中渐渐观察可以看到这种磁颗粒可以进入细胞核内,当然大部分还是在细胞膜的表面。通过MTT法可以检测发现就是说当没有磁颗粒的时候,我这个磁场加的是400微特50赫兹的这种场,如果没有磁颗粒的话这两者基本没有差别。当磁颗粒的浓度增大之后,就是磁场跟对照中会有明显差异。但是磁颗粒本身对这种细胞活力有一定抑制作用,那么加入磁场之后这个抑制作用增强了。 那么用流式细胞仪也做了一些凋亡检测也有类似的结果,就是说没有加磁颗粒的时候磁场组跟对照组没有什么差异。加了磁颗粒之后,磁场组的凋亡

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