红外及太赫兹辐照下细胞膜生物效应的研究进展

太赫兹电磁波辐照,包括其短波段红外波辐照,因具有无创和非电离特性在生物科学中展现出广泛和重要的应用前景.细胞膜是生物细胞保持完整性和内稳态的重要生物屏障,也是太赫兹辐照时电磁场首先作用到的细胞结构,细胞膜对电磁场的响应是大部分太赫兹生物效应产生的机理.本文首先论述了太赫兹辐照应用的安全性及其在生命医药、神经调节以及人工智能领域中应用的新前景,然后从太赫兹电磁辐照下磷脂膜的介电响应特性、细胞膜离子通道蛋白的离子跨膜输运、磷脂膜上大分子及离子的跨膜输运、以及太赫兹辐照下细胞膜生物效应的潜在应用和作用四方面,对太赫兹电磁辐照下细胞膜生物效应领域的研究发展进行系统论述,同时介绍了太赫兹电磁辐照时能够开启细胞膜上压控钙离子通道、压控钾离子通道和主动运输的钙离子通道、以及在磷脂膜上产生亲水孔等科学发现.最后,总结并展望了太赫兹辐照下细胞膜生物效应研究的努力方向.

0.1 THz辐照对成纤维细胞迁移及细胞骨架的影响

近年来太赫兹技术的发展和广泛应用使得太赫兹的生物效应引起了人们的广泛关注。研究连续波0.1 THz对小鼠胚胎成纤维细胞NIH3T3细胞迁移及细胞骨架的影响。采用划痕实验研究0.1 THz辐照对NIH3T3细胞迁移能力的影响,通过荧光染色的方法观察细胞骨架F-actin的形态,通过细胞免疫荧光染色方法检测细胞黏附相关蛋白Paxillin和E-cad-herin的表达水平。划痕实验结果表明,0.1 THz辐照能显著促进NIH3T3细胞迁移,增加细胞增值率;荧光染色结果表明,0.1 THz辐照能够改变NIH3T3细胞F-actin的形态,发生细胞收缩和变形;细胞免疫荧光染色发现,0.1 THz辐照显著降低细胞骨架相关蛋白Paxillin和E-cadherin的表达水平。0.1 THz辐照能够改变成纤维细胞NIH3T3细胞黏附状态,促进细胞迁移及增殖。