Исследование и оптимизация трансфекции, транспорта макромолекул и цитотоксичности, вызванных воздействием ультразвука и электрического поля на клетки и ткани

• Автор: Зарницын, Владимир Григорьевич
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Долгопрудный
• Количество страниц: 161 с. : ил.

Введение

Литературный обзор

1. Методы экспериментального исследования

т 1.1. Плазмиды ДНК и клеточная культура

1.2. Экспериментальные ультразвуковые установки и 0 кГц

1.3. Трансфекция клеток плазмидами ДНК и анализ ее эффективности

1.4. Измерение транспорта плазмид ДНК, меченых флуоресцентными маркерами

1.5. Измерения повреждений ДНК под действием

4 ультразвука

1.6. Электрообработка клеток

1.7. Статистическая обработка результатов

1.8. Методические замечания о поиске оптимума в системе с большим числом переменных
2. Оптимизация трансфекции клеток
2.1. Влияние потока акустической энергии на трансфекцию и выживаемость клеток при облучении ультразвуком частотой
М и 0 кГц
2.2. Влияние концентрации клеток в суспензии на трансфекцию и выживаемость клеток при облучении
ультразвуком 0 кГц
2.3. Зависимость биологических воздействий ультразвука от
температуры окружающей среды
2.4. Разрушение ДНК под действием ультразвука
2.5. Обсуждение результатов оптимизации трансфекции при ультразвуковом воздействии
3. Исследование доставки ДНК, помеченной флуоресцентными маркерами, в клетки при воздействии электрических полей и ультразвука
3.1. Исследование доставки ДНК в клетки под действием ультразвука
3.2. Исследование соотношения эффективности доставки ДНК в клетки и трансфекции под действием ультразвука
3.3. Сравнительное исследование доставки ДНК в клетки и трансфекции при электропорации
3.4. Обсуждение результатов исследования доставки ДНК в клетки под действием ультразвука и электрических полей
4. Исследование повреждений клеточной мембраны ультразвуком путем измерения диффузионного транспорта в клетки, подвергшиеся ультразвуковой обработке
4.1. Описание эксперимента и процедуры обработки данных
4.2. Пассивная диффузия через поры в клеточной мембране
4.3. Распределение пор по размерам
4.4. Обсуждение результатов
5. Модель транспорта заряженных макромолекул в роговом слое кожи человека
5.1. Структурная модель рогового слоя
5.2. Электропорация липидного мультислоя в БС
5.3. Модель извилистого липидного пути
5.4. Модель прямого липиднокорнеоцитного пути
5.5. Оценка параметров модели из сопоставления с 6 экспериментальными данными
5.6. Приложения
5.6.1. Приложение А. Электродиффузия в полубесконечном 3 пространстве
5.6.2. Приложение В. Электродиффузия в слое 0хН.
5.6.3 Приложение С. Уравнения для липиднокорнеоцитного
прямого пути
6. Заключение
7. Выводы
8. Библиография
Введение


В медицине ультразвук генерируется преимущественно акустическими преобразователями как правило, пьезоэлектрическими и литотрипсерами. Преобразователь трансдьюсер генерирует механический сигнал на частоте, используемого электрического сигнала. Трансдьюсеры, как правило, нагружают сигналом одной резонансной частоты, чтобы получить максимальную амплитуду излучаемой звуковой волны. Эти методы создания ультразвукового поля активно исследовались и широко применяются в медицине для диагностики трансдьюсеры и разрушения камней в почках и печени литотрипсеры. В настоящее время ведутся исследования и иных способов применения ультразвука. Показано, что высокочастотный ультразвук способен вызвать коагуляцию крови и обеспечить оперативное заваривание обширных поверхностных кровоточащих поверхностей внутренних органов для использования в медицине катастроф V, и др. Облучение мозга высокочастотным ультразвуком позволяет ускорить разрушение тромбов, вызывающих инсульт головного мозга, и находит применение в нейрохирургии , и др. Частота, амплитуда и время экспозиции являются важными факторами, которые необходимо принимать во внимание, применяя ультразвук. Например, ультразвук высокой частоты 0. МГц, низкой амплитуды v. УЗИ и , . Ультразвук низкой частоты, высокого давления при различных временах экспозиции может вызвать разрушающее воздействие на клетки, ткани и иные материалы и , некоторые применения этого явления включают разрушение камней в почках v, и др. Биологическое воздействие ультразвука на клетки возможно через нагрев, кавитацию пузырьков и синтез химически активных радикалов , , , и др. Термин акустическая кавитация применяется для описания активности пузырьков газа в жидкости, возникающей вследствие приложенного акустического поля , , , . Возникновение пузырьков газа в абсолютно чистой беспримесной жидкости описывается молекулярнокинетической теорией, согласно которой предел прочности жидкостей определяется молекулярными связями между молекулами i, . Если руководствоваться этой теорией, то для образования газовых полостей к жидкости необходимо приложить отрицательное давление порядка нескольких десятков тысяч атмосфер. Так теоретический предел прочности для воды составляет порядка атмосфер , . Эти неоднородности
действуют как зародыши газовой фазы. Они уменьшают энергетический барьер образования газовой фазы и, следовательно, предел прочности жидкости. Этими неоднородностями могут быть малые частицы пыли, растворенные или попавшие в неоднородности стенки сосуда пузырьки газа. Для экспериментальной проверки теоретических оценок предела прочности жидкости производятся исследования на свсрхмалых каплях, так, чтобы вероятность найти каплю без неоднородностей, была выше процентов и , . Для того, чтобы искусственно снизить кавитационный предел в жидкости, в нее добавляются стабилизированные газовые пузырьки. Благодаря модификации поверхности раздела газжидкость с помощью специальных молекул, а также использования плохо растворимых в воде газов, удается увеличить время жизни пузырька. Так коммерчески доступные пузырьки i размером микрона резонансный размер для частот ультразвука 0. МГц стабильны при физиологических условиях в течение минут. Воздушные пузырьки того же размера нестабильны. В зависимости от давления и температуры окружающей среды они растворяются или увеличиваются в размерах за счет ректификационной диффузии за доли секунды, поэтому вероятность их обнаружения при нормальных условиях чрезвычайно мала. Поведение пузырька в ультразвуковом поле является чрезвычайно сложным, помимо основной гармоники и кратных ей, в спектре колебаний пузырька наблюдаются такие субгармоники как v, v, v, v при приближении амплитуды звукового возбуждения к критической i, и др. Стабилизированные пузырьки под обобщенным названием контрастных агентов производятся фармацевтическими компаниями и используются в диагностических приложениях. Повышенное отражение ультразвука от поверхности раздела газжидкость в областях, содержащих контрастный агент улучшает контрастность получаемого с помощью УЗИ изображения , и др.