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微重力对血管及血管内皮细胞的影响
血管系统功能紊乱是微重力诱导立位耐力不良发生的重要因素之一。血管内皮细胞是覆盖在血管内壁上组成血管管腔面的一层单层细胞，是血管壁的重要组成部分，并且在血管功能调控中起到渗透屏障、调节舒缩等重要作用。近年研究发现，微重力可对不同部位的血管系统和血管内皮细胞产生不同的影响，比如可使脑动脉缩血管反应性增加、舒血管反应性下降，颈动脉和腹主动脉缩血管和舒血管反应性下降，肺动脉缩血管反应性下降、舒血管反应性增加，肠系膜动静脉和下肢动脉缩血管反应性下降。另外，微重力可促进大血管来源的内皮细胞生长，但抑制微血管来源的内皮细胞的生长。本文就微重力对血管及血管内皮细胞影响的研究进展作一概述。
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模拟微重力条件下心肌细胞骨架的灰度统计特征分析
微重力条件下细胞的细胞骨架形态会发生弥散性变化.由于细胞骨架的结构十分复杂,目前对于该变化主要是定性地描述.本研究对模拟微重力条件下培养的乳鼠心肌细胞(回转组)和正常条件下培养的心肌细胞(对照组)细胞骨架的微管图像提取灰度统计特征,试图利用灰度方差、偏度及峰度等参数量化细胞骨架的灰度特征.结果发现所选的参数对量化微管的灰度特征有不同程度的统计意义,其统计结果表明微管图像的灰度在模拟微重力条件下弥散性下降.利用灰度方差、偏度和峰度进行多元判决,对模拟微重力条件下培养的心肌细胞和正常条件下培养的心肌细胞微管的误判率仅为16.7%.这说明图像的灰度统计特征参数对细胞骨架的定量分析不失为一种好的方法.
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在空间环境下细胞的生物学变化
随着空间技术的不断发展,人们越来越关注空间飞行给生物体带来的影响.与地球不同的空间特殊环境主要包括微重力、宇宙射线的辐射和微磁场,还有一些其他未知因素,而这些都会对生物体造成影响.
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空间环境因素对细胞生物学特性的影响
空间是人类活动的新领域,空间环境涉及的微重力及高强度射线辐射是与人类生存的地球完全不同的环境.
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空间环境对细胞与动物的影响
空间环境不同于地球表面的任何环境,尽可能地了解这个环境,不仅有利于我们探索空间世界,而且还可以通过研究这个特殊环境下动物体的各种变化,探索我们自身.下面就目前空间环境对细胞与动物体的影响略加阐述.
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雷奈酸锶在模拟微重力环境对成骨细胞凋亡的影响
观察雷奈酸锶这种新型的抗骨质疏松药,在模拟微重力环境对成骨细胞凋亡的影响.方法 细胞凋亡是利用4,6-二氨基-2-苯基吲哚所染细胞核形态的改变来辨认,利用旋转细胞培养系统模拟微重力环境.结果 模拟微重力环境可以促进成骨细胞的凋亡,雷奈酸锶可以纠正模拟微重力环境对成骨细胞凋亡的影响.结论 在模拟微重力环境雷奈酸锶对成骨细胞生存具有保护作用,这为雷奈酸锶治疗微重力环境骨丢失提供了理论和实验证据.
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雷奈酸锶在模拟微重力环境对成骨细胞增殖功能的影响
目的 观察新型的抗骨质疏松药雷奈酸锶在模拟微重力环境下对成骨细胞增殖功能的影响.方法 利用沿水平轴连续回转(30 r/min)细胞培养系统模拟微重力环境,使用MTT比色法或台盼兰染色、细胞计数法观察小鼠成骨样细胞MC3T3-E1的增殖情况.结果 模拟微重力环境可以降低MC3T3-E1增殖功能,雷奈酸锶在模拟微重力环境可以增强MC3T3-E1增殖功能.结论 在模拟微重力环境下雷奈酸锶对成骨细胞增殖功能具有保护作用,为雷奈酸锶治疗微重力环境骨量丢失提供了理论和实验证据.
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变频振动对尾吊大鼠失重性骨质疏松防治作用的研究
目的 探讨变频振动对尾吊大鼠失重性骨质疏松模型的防治作用.方法 采用目前世界上广泛应用且技术已经成熟的鼠尾悬吊动物模型模拟失重环境,应用电磁振动台将振动强度为0.5 g(g为加速度)在不同频率45 Hz、90 Hz、变频(5～90Hz)振动应力作用于3月龄SD雄性大鼠40只,随机分成5组,每组8只:对照组(非鼠尾悬吊组);45 Hz组、90 Hz组、变频(5～90 Hz)组,鼠尾悬吊非振动组,每次振动10 min,每天1次,每周5次,休息间隔为2天,共4周.所有对照组不进行振动治疗,但置于与振动治疗组相同噪音环境下.实验后用Micro-CT测量股骨远端骨量、自动化分析仪测定血生化指标以及Elisa试剂盒测定骨钙素.结果 振动刺激对失重性骨质疏松骨微结构的恢复及骨密度有明显的改善作用,变频振动对骨微结构的恢复及增加骨密度一定程度上要好于固定频率振动.结论 对尾吊大鼠28天的不同频率振动刺激使松质骨骨矿物质以及空间上的结构进行了重构,导致尾吊大鼠骨质疏松模型中骨量的增加,骨密度的提高,对失重性骨质疏松有一定的防治作用,为临床上防治微重力环境下骨丢失提供了实验依据.
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雷奈酸锶在模拟微重力环境对成骨细胞分化功能的影响
目的 观察雷奈酸锶这种新型的抗骨质疏松药,在模拟微重力环境对成骨细胞分化功能的影响.方法 利用碱性磷酸酶活性测定了解小鼠成骨样细胞MC3T3-E1的分化情况,利用旋转细胞培养系统模拟微重力环境.结果 模拟微重力环境可以抑制MC3T3-E1细胞分化功能,雷奈酸锶可以保护模拟微重力环境MC3T3-E1细胞的分化功能.结论 在模拟微重力环境雷奈酸锶对成骨细胞分化功能具有保护作用,这为雷奈酸锶治疗微重力环境骨丢失提供了理论和实验依据.
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变频振动在模拟微重力环境下对成骨细胞增殖和分化的影响
目的：观察变频振动在模拟微重力环境下对体外培养成骨细胞增殖和分化的影响。方法利用沿水平轴连续回转（30 r/min）细胞培养系统模拟微重力环境，应用电磁振动台将振动强度为0.5 g（g为加速度）在不同频率45 Hz、90 Hz、变频（5～90 Hz）振动应力作用于新生24 h大鼠颅盖骨成骨细胞，分别使用MTT比色法和碱性磷酸酶（ ALP）活性测定了解成骨细胞的增殖和分化情况。结果模拟微重力环境可以抑制新生24 h 大鼠颅盖骨成骨细胞的增殖和分化功能；90 Hz 和5～90 Hz变频振动促进模拟微重力环境成骨细胞的增殖功能（p＜0.01）；45 Hz（p＜0.05）和5～90 Hz（p＜0.01）变频振动刺激对模拟微重力环境成骨细胞的分化功能具有一定的保护作用。结论在模拟微重力环境下机械振动对成骨细胞的增殖和分化功能具有保护作用，这为机械振动刺激防治微重力环境下骨丢失提供了理论和实验依据。
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模拟微重力环境对骨代谢的影响
骨是一种多功能器官,重力或机械力刺激对动物及人类骨骼系统的生长、发育及功能维持均起着非常重要的作用,因此缺乏重力或机械刺激会造成明显的骨骼变化.早在上世纪六十年代人们就发现太空微重力环境造成宇航员骨代谢的变化和快速骨质丢失,太空微重力环境可以导致骨吸收增强和骨形成的抑制作用,这种骨代谢的失平衡造成的骨质丢失,但导致骨代谢不平衡的原因尚不清楚.人长期卧床和鼠尾悬吊使负重骨处于一种失负荷状态,是地面上常用的模拟微重力模型,两种模型均表现为和太空环境相似的骨代谢改变以及骨质的快速丢失,鼠尾悬吊模型提供的骨形态测量学结果 也表明骨质丢失、骨吸收的增强和骨形成功能的降低.骨吸收和骨形成分别由破骨细胞和成骨细胞完成,细胞分子学水平的研究表明微重力环境抑制成骨细胞的增殖,促使细胞凋亡,降低成骨细胞转录因子和特异性因子的表达,抑制成骨细胞的分化,并通过增加RANKL/OPG的比例促进破骨细胞的形成.微重力环境成骨细胞功能的降低和破骨细胞功能的增强所致的骨代谢的不平衡导致了骨质丢失,因此恢复平衡的骨代谢可能是防治微重力环境骨质丢失的必要手段.
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机械刺激对成骨细胞影响的研究进展
骨质疏松的发病多由于破骨细胞的骨吸收大于成骨细胞的骨形成而造成的一种骨代谢性疾病.骨形成的过程包括骨吸收和骨形成,其中骨形成主要依靠成骨细胞,成骨细胞来源于骨髓的间充质干细胞,由骨髓间充质干细胞定向分化为骨祖细胞,后分化为成骨细胞前体,后分化为成骨细胞.成骨细胞在骨形成中经历成骨细胞的增殖、细胞外基质成熟、细胞外基质矿化和成骨细胞凋亡四个阶段.不同的运动方式会对骨骼产生不同的力学刺激,力学刺激会使骨骼产生不同程度的机械应变.大量的研究表明,成骨细胞可感受这种刺激作用,并引起一系列不同变化.本文主要阐述不同形式的机械刺激(微重力、流体剪切力、压应力、牵拉力)对成骨细胞的形态、数量和分化趋势,蛋白以及基因表达水平等方面的影响,为运动疗法对骨质疏松的治疗、预防和促进骨骼发育提供更加可靠的理论依据.
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辛伐他汀在模拟微重力环境对成骨细胞增殖和凋亡的影响
目的 观察辛伐他汀在模拟微重力环境下对成骨细胞增殖和凋亡的影响.方法 利用沿水平轴连续回转(30r/min)细胞培养系统模拟微重力环境,使用MTT比色法观察小鼠成骨样细胞MC3T3-E1的增殖情况；细胞凋亡是根据4,6-二氨基-2-苯基吲哚所染细胞核形态的改变来辨认.结果 模拟微重力环境可以降低MC3T3-E1增殖功能,辛伐他汀在模拟微重力环境可以增强MC3T3-E1增殖功能,但对细胞的凋亡并无显著影响.结论 在模拟微重力环境下辛伐他汀对成骨细胞增殖功能具有保护作用,为辛伐他汀治疗微重力环境骨丢失提供了理论和实验证据.
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模拟微重力下转化生长因子β1诱导骨髓间充质干细胞向髓核样细胞分化
目的:观察模拟微重力条件下体外转化生长因子β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)诱导骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMMSCs)向髓核样细胞表型分化的效果.方法:取成年兔骨髓间充质干细胞分离培养并增殖至第3代后建立3个培养组:微重力诱导培养组(A组),将经TGF-β1转染后的BMMSCs在藻酸钙凝胶微球及旋转式细胞培养系统内进行模拟微重力条件下动态培养;诱导培养组(B组),将经TGF-β1转染后的BMMSCs在藻酸钙凝胶微球内培养;模拟微重力自然分化组(C组),将BMMSCs在藻酸钙凝胶微球内置于旋转式细胞培养系统内培养.在培养的第3、7、14、21天分别检测以上各组BMMSCs中TGF-β1的含量变化及BMMSCs的增殖能力,应用免疫组化、甲苯胺蓝染色检测各组Ⅱ型胶原表达情况,采用RT-PCR法检测各组BMMSCs的蛋白聚糖及Ⅱ型胶原蛋白mRNA的表达.结果:培养至第14天,A、B组中已可观察到呈多角形的类髓核样细胞,C组呈不规则形.从第3天开始,上清液中TGF-β1的含量和BMMSCs中DNA的含量A组较B、C两组明显增高(P<0.05),且随时间的延长而逐渐增高.A组在免疫组化染色中可见Ⅱ型胶原蛋白染色阳性,B组呈弱阳性,C组无明显变化.RT-PCR结果显示A、B组的BMMSCs中已有蛋白聚糖和Ⅱ型胶原蛋白mRNA的表达.结论:模拟微重力条件下TGF-β1转染的BMMSCs在一定时间内可增加合成蛋白聚糖及Ⅱ型胶原蛋白的能力.
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胰腺癌肝转移体外模型的构建
目的使用旋转细胞培养系统(rotating cell culture system,RCCS)模拟微重力环境,建立胰腺癌肝转移的体外模型.方法将人肝组织块和人胰腺癌细胞株BxPC-3置于旋转细胞培养系统中混合培养,在额定时间点取肝组织块送病理,HE染色观察肝组织结构和胰腺癌细胞在肝组织块中生长情况.结果混合培养第1天人肝组织块周围和管腔内即有胰腺癌细胞粘附并聚集;第3天可见肝组织块中有散在癌细胞浸润;第7天可见微小转移灶形成;混合培养第10天胰腺癌肝转移灶、肝细胞形态和肝小叶结构可保持完好,并可见癌组织块形成.结论使用旋转细胞培养系统模拟微重力环境,构建胰腺癌肝转移体外模型,可以用于胰腺癌肝转移过程和机制的研究,为研究胰腺癌细胞和肝组织间的相互关系提供新的方法.
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高压氧微重力培养提高冻存胰岛质量和移植效果的实验研究
目的 探讨胰岛冻存前后经高压氧细胞旋转培养系统(HORCCS)培养后移植入糖尿病大鼠能否提高胰岛移植的效果.方法 将分离纯化的大鼠胰岛分为:A.体外实验组:将各组大鼠胰岛经HORCCS培养或普通培养30 d,检测细胞内DNA和胰岛素含量,胰岛存活率,胰岛素分泌水平.B.胰岛移植实验组:将各组大鼠胰岛经HORCCS培养或普通培养7d,然后移植,观察移植受体血糖和胰岛素水平.电镜观察各胰岛移植实验组中培养7 d时的胰岛的超微结构改变.结果 经高压氧 RCCS培养14 d的胰岛存活率及胰岛素分泌水平高于普通培养组(P<0.05).移植了经HORCCS培养的胰岛后,受体血糖在移植后2周即恢复为正常值,并维持到移植后10周.全部受体维持正常血糖耐受曲线.电镜下可见经HORCCS培养后,冻存复苏胰岛表面形成微小的孔道.结论 胰岛冻存前后经高压氧RCCS培养后可以建立营养输送管道,不但有利于氧和营养物质的运输,更有利于胰岛内细胞的均匀一致的冻存,从而减少冻存对胰岛的损害,提高胰岛的分泌活性和成活率.
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微重力培养提高大鼠胰岛冻存质量的研究
本研究应用三维组织细胞旋转培养系统(the rotary cell culture system, RCCS)对冻存前后的大鼠胰岛细胞进行三维微重力组织培养,以期能提高胰岛复苏率,从而为人类胰岛的建库、进行胰岛移植奠定基础.
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一种新型空间细胞培养容器的设计与仿真研究
目的 设计新型空间细胞培养容器,并对其结构尺寸进行优化.方法 运用计算流体力学(CFD)软件Fluent进行数值模拟与动态分析,研究不同容器形状、缓冲通道结构、灌注室高度在微重力条件下对培养容器流场形态的影响.结果 经过反复实验,终容器形状选择为圆形,缓冲通道选择为单级缓冲,灌注室厚度设计为0.5 mm.仿真表明,容器有效提高了传质效率,整体流体剪切力远远低于10-3 N/m2,适合高密度细胞培养.结论 作为空间细胞培养装置的重要研制环节,本细胞培养容器可以为单独研究微重力对细胞的影响作出贡献.
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微重力环境新型多功能膜生物反应器的研制
目的 研制一种微重力环境新型多功能膜生物反应器,用于细胞水平空间生命科学和航天医学研究.方法 根据微重力环境下的使用要求,进行方案论证、图纸设计、加工,并进行调试和初步微生物培养实验验证.结果 研制的新型多功能膜生物反应器包括液体贮存及供给系统、气体贮存及供给系统、培养系统、排气系统、排液系统和智能监控系统6个部分.研制的无泡供气膜功能部件,为微生物生长提供所需的氧气,提高了氧气的利用效率；研制的膜脱气功能部件,能及时脱除培养体系中的CO2.开发了DSP数字信号处理器控制系统,用于系统参数的监控和信息存储.验证实验表明,该新型多功能膜生物反应器运行稳定,其能耗、体积、重量和监控指标等均能达到设计要求.结论 该装置系统设计合理,氧气供给,营养混合传质和气液分离组件的工作原理适合微重力环境下生物反应器开发的使用要求.
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空间环境诱导秀丽隐杆线虫差异表达基因位点分布的研究
目的 研究不同空间环境中差异表达基因位点在秀丽隐杆线虫染色体上的分布特征.方法 利用基因位点可视化软件对经空间飞行环境、空间辐射及微重力处理的秀丽隐杆线虫全基因组表达谱进行分析,统计差异表达基因位点数量、比例,并通过指数模型分析其分布特征.结果 空间飞行环境较辐射或微重力环境能够诱导更多的基因发生差异表达,差异表达基因分布也更为集中;在三种空间环境中均为Ⅴ号染色体上差异表达基因数量多,而不同的空间环境中分别在Ⅱ号,Ⅲ号和Ⅴ号染色体上比例高,在Ⅰ号和Ⅴ号染色体上差异表达基因分布集中.结论 空间环境诱导的秀丽隐杆线虫差异表达基因位点分布特征具有环境特异性,且染色体间存在环境敏感性差异.
