发光二极管照射对高糖培养的视网膜神经元凋亡的光生物调节作用及其机制

背景研究糖尿病视网膜病变（DR）的发病机制及防治具有重要的临床意义。近年来随着生物医学光子学研究的发展，国际上利用光生物调节进行疾病防治的研究越来越受到重视，但关于光生物调节对DR的防治作用研究鲜见报道。目的探讨光生物调节对高糖环境下视网膜神经元凋亡的抑制作用及其机制，为光生物调节在DR治疗方面的应用提供依据。方法采用免疫磁珠分离法分离Wistar大鼠视网膜神经元并进行传代培养，采用Nissl染色法对培养的细胞进行鉴定。将培养的细胞分为正常对照组、高糖模型组和高糖＋发光二极管（LED）组，正常对照组细胞采用Neurobasal培养基进行培养，高糖模型组细胞在Neurobasal培养基中添加25 mmol/L葡萄糖，高糖＋LED组细胞造模后48 h在培养箱中用LED红光光源进行照射，光源波长为620 nm，最大功率为1 W，中心光辐射照度为6.67 mW/cm2。光源置于细胞上方2 cm处，光斑直径为2.0 cm，使光斑完全覆盖1个培养孔，每次连续照射300 s，12 h后重复照射1次，共照射3次。培养后48 h采用流式细胞仪测定各组细胞凋亡情况；采用激光扫描共焦显微镜观察各组细胞内Ca2＋浓度变化；Western blot法检测各组细胞中磷酸化丝氨酸－苏氨酸激酶（p-AKT）蛋白的相对表达量。 结果培养后2～3 d，倒置显微镜下可见细胞呈多边形和椭圆形，可见细胞核及核仁。培养后5～7 d神经元突起增多，经Nissl染色后细胞质呈蓝紫色，神经元与神经胶质细胞的比例达91%。正常对照组、高糖模型组和高糖＋LED组细胞凋亡率分别为（7.634±3.176）%、（33.642±9.315）%和（23.914±6.375）%，其中高糖模型组和高糖＋LED组细胞凋亡率均明显高于正常对照组，高糖＋LED组细胞凋亡率明显低于高糖模型组，差异均有统计学意义（均P〈0.01）。激光扫描共焦显微镜下可见高糖模型组和高糖＋LED组细胞中Ca2＋荧光像素值均明显高于正常对照组，高糖＋LED组细胞中Ca2＋荧光像素值明显低于高糖模型组，差异均有统计学意义（均P〈0.05）。Westen blot法检测显示正常对照组、高糖模型组和高糖＋LED组细胞中p-AKT蛋白相对表达量分别为10.34±3.18、2.16±0.46和7.15±1.72，高糖＋LED组细胞中p-AKT蛋白相对表达量明显低于高糖模型组，差异有统计学意义（P〈0.05）。结论高糖环境抑制抗凋亡的PI3K/AKT通路活性并影响视网膜神经元钙稳态，导致细胞凋亡。低强度LED光照射可激活PI3K/AKT通路，减少高糖引起的细胞凋亡。

应激的光生物调节作用

功能内稳态(function-specific homeostasis,FSH)是维持生物功能充分稳定发挥的负反馈机制,FSH的品质由功能复杂性和稳定性构成。应激打破FSH,处于应激内稳态(stress-specific homeostasis,StSH)的应激称为成功应激,后者能够实现FSH的升级或降级。低水平激光或单色光(low level laser irradiation or monochromaticlight,LLL)不能调节成功应激或处于FSH的功能,但可以促进应激建立StSH。应激能提高组蛋白去乙酰化酶1(sirtuin 1,SIRT1)的活性,LLL则可以调节SIRT1的活性。本文分别针对软骨细胞增殖、延迟性肌肉酸痛、伤口愈合、生长和衰老讨论了LLL的应激效应。

低强度激光对电刺激引起的C2C12自由基损伤的光生物调节作用

利用电刺激C2C12作为细胞模型，研究低强度激光对电刺激引起的C2C12线粒体功能自由基损伤的光生物调节作用。以45V 20ms 5Hz电刺激C2C12细胞，采用固定照射时间、不同照射强度的LIL，以荧光探针标记法检测电刺激及LIL对ROS含量的影响，研究LIL对电刺激后肌管ROS的代谢变化的影响。结果：1）ES 75min组与对照组比较ROS生成显著增加（P〈0．01），线粒体功能显著性下降（P〈0．05），电刺激引起的C1C12线粒体功能自由基损伤的细胞模型建立；2）0．33～8．22J／cm^2激光对正常培养细胞线粒体功能无影响，但可以改善电刺激引起的线粒体功能低下的状态，此剂量段为PBM的作用剂量范围；3）0.33～2．646J／cm^2激光可以促进细胞内稳态的康复，其机制主要与通过光化学作用提高机体的抗氧化作用有关。结果说明：适当剂量的低强度激光对骨骼肌细胞有光生物调节作用，是一种无损伤的促进运动性疲劳或自由基损伤康复的新型手段。

胶原合成介导的软骨细胞的光生物调节作用

目的:了解低强度激光照射对软骨细胞增殖的影响及其机制。方法:选取3周龄新西兰白兔分离培养软骨细胞,在2.5%新生牛血清中培养,用半导体激光(650 nm,2.96 mW/cm2)(sem iconductor laser irrad iation,SLI)照第4代软骨细胞,每天分别照射1 m in、3 m in、5 m in、7 m in、10 m in、20 m in,共6 d。收集激光照射后第2 d、4 d、6 d、8 d、10 d和12 d的细胞培养液,用氯胺T消化法检测羟脯氨酸(H rp)的含量。在培养至第13 d时,用XTT法检测细胞的活性,了解细胞的增殖情况。结果:在2.5%新生牛血清中,SLI对软骨细胞具有明显的光生物调节作用:(1)在培养至第13 d时,所有剂量组在照射后XTT吸光度值均有不同程度的增高,其中3 m in、5 m in、7 m in和10 m in组的增高较为明显(P<0.01);(2)两因素重复测定资料的方差分析结果显示,SLI照射后软骨细胞合成胶原的能力在逐步增加,而对照组在培养至第2周开始H rp含量明显下降。结论:SLI照射可促进2.5%新生牛血清中兔软骨细胞增殖,这个过程可能是通过促进胶原合成实现的。

光生物调节作用的在体杀菌策略

世界范围的细菌耐药性呼吁新的抗菌策略,光生物调节作用是有效的候选手段之一。论述了光生物调节作用抗菌效应的研究现状和应用前景。中性粒细胞可以通过吞噬杀菌,也可以通过产生胞外菌阱杀菌。还从活性氧和信号转导所介导的中性粒细胞杀菌作用讨论了光生物调节作用的抗菌机理,为其在临床抗菌中的应用提供理论依据。

光生物调节作用的细胞康复机理

光生物调节作用(photobiomodulation,PBM)是激光或单色光(laser irradiation or monochromatic light,LI)对生物系统的非损伤调节作用,包括低强度LI(low intensity LI,LIL)的PBM(LIL PBM,LPBM)和中等强度LI(moderate intensity LI,MIL)的PBM(MIL PBM,MPBM)。功能内稳态(function-specific homeostasis,FSH)是生物系统维持某种功能稳定发挥的负反馈状态。从FSH的角度可以将PBM分为内稳态PBM(FSH PBM,fPBM)和发展PBM(developmental PBM,dPBM)。fPBM只能调节生物系统的功能,但对处于FSH的生物系统无效。dPBM可以打破FSH。LPBM属于fPBM。MPBM由内源性光敏剂所产生的活性氧(reactive oxygen species,ROS)介导,ROS低者属于fPBM,ROS高者属于dPBM。低水平LI治疗(low level LI therapy,LLLT)是fPBM的临床应用。只要LI的参数选择合理,LLLT可以实现细胞康复作用。

SIRTUIN1介导的NIH3T3成纤维细胞昼夜节律时钟基因表达抑制的光生物调节作用

背景和目的:昼夜节律是影响运动成绩的一个重要因素。研究发现,介导运动应激的肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)能够抑制昼夜节律时钟基因的表达。研究了低强度810nm激光(low intensity 810 nm laserir radiation,LIL)对TNF抑制效应的调节作用。材料和方法:50%马血清休克处理NIH3T3成纤维细胞2h,同步化昼夜节律时钟基因的表达后,加入10ng/mL TNF-alpha抑制它的表达,与此同时给予20min10mW/cm2的LIL照射。36h内,每隔6h检测细胞中时钟基因Clock、Bmal1、Per2、Dbp和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸辅酶(nicotinamide adenine dinucleotide,NAD+)依赖的组蛋白去乙酰化酶1(sirtuin1,Sirt1)的mRNA的表达及胞内NAD+和其还原形式NADH的比值NAD+/NADH。结果:TNF-alpha分别在第12h和第18h抑制了Clock(P<0.05)、第18h抑制了Bmall(P<0.05)和Dbp(P<0.005)、第18h和第30h抑制了Per2(P<0.05)及第18h和第24h抑制了Sirt1(P<0.05)的mRNA表达,并且在第6h、第12h、第18h和第30h降低了NAD+/NADH(P<0.005)的比值。LIL抑制了TNF-alpha在第18h对Clock(P<0.05)、Bmall(P<0.05)和Sirt1(P<0.005)及第30h对Dbp(P<0.05)和Per2(P<0.005)的抑制作用,并且抑制了TNF-alpha在第6h(P<0.005)、第12h(P<0.05)和第18h(P<0.05)对NAD+/NADH比值的降低作用。结论:LIL对被TNF-alpha抑制的昼夜节律时钟基因表达的促进作用可能是通过NAD+/Sirt1介导的。

低强度激光的光生物调节作用机制及其光疗法在运动医学中的应用研究

低强度激光以其安全、环保、绿色、作用面积广泛、效果显著等优势已广泛应用于临床。其光生物调节作用机制目前还未形成统一认知，但也进行了大量相关的研究。对国内外关于低强度激光的作用机制和临床应用方面的文献进行综述，结果显示低强度激光的作用机制有三种可能假说；其在体育科学领域运动医学上有很好的发展前景，低强度激光可以消炎镇痛、促进骨骼肌和其他软组织的修复、改善微循环、改善线粒体的功能、抗氧化等作用。

光生物调节作用对急性骨骼肌损伤修复不同阶段的影响

临床所见的损伤中有10%～55%与骨骼肌相关,常见的骨骼肌损伤包括挫伤、撕裂伤、拉伤、缺血和完全断裂.肌肉损伤后常可影响正常的工作和生活.骨骼肌损伤后再生主要涉及3个阶段：变性/炎症、修复/纤维化和重塑,3个阶段相互协调共同促进损伤肌肉的结构和功能恢复.

光生物调节作用对高糖环境下成骨细胞影响的体外实验研究

目的:研究高糖环境下光生物调节作用对成骨细胞增殖、分化的影响。方法:将成骨前体细胞MC3T3-E1分为对照组、光照组、高糖组和高糖+光照组,首先用CCK-8法检测各组24h、48h和72h的细胞活力,然后检测14天碱性磷酸酶染色情况及其活性,并对21天钙结节进行茜素红染色并半定量分析,实时荧光定量PCR检测21天成骨相关基因OCN、Runx2的表达,最后统计学分析各组间的差异。结果:与对照组相比,光照组在24h、48h、72h的细胞活力增强,14天时碱性磷酸酶染色及活性增强,21天钙结节形成增加、OCN和Runx2的表达上升;与对照组相比,高糖组在48h、72h的细胞活力下降,14天时碱性磷酸酶染色及活性减弱,21天钙结节形成减少、OCN及Runx2的表达降低;高糖+光照组与高糖组相比,在24h、48h、72h的细胞活力升高,14天时碱性磷酸酶染色及活性增强,21天钙结节形成增加、OCN和Runx2的表达增强;高糖+光照组与对照组相比,在21天时钙结节形成增加,其余指标差异无统计学意义。结论:在高糖环境下,成骨细胞经光生物调节作用,可补偿高糖对细胞增殖分化的抑制,可为促进高糖环境下颌骨缺损的修复提供理论依据。

利用生物技术选育光温敏不育系研究初报——温敏不育新种质金新1S的选育与初步研究

本文报道利用体细胞诱变技术选育温光敏不育新种质的方法以及对所选出的不育新种质的特征特性进行研究的初步结果。结果表明:①利用细胞诱变技术可选育出新的温光敏不育新种质,②所选出的不育新种质金新1S 的不育特性主要受温度调节,在福州地区,7月下旬至8月下旬期间抽穗的,不育率几乎达100%,可用于制种;不育性由1对隐性核基因决定,遗传简单,且不受胞质影响,易于转育和配组;开颖角度大,柱头外露率达100%,对制种十分有利;米质好,利于选配优质组合。

光声成像技术在生物医学中的研究进展

简要介绍了生物医学中的光声成像技术机理,总结报道了国内外几种典型的光声成像方法和光声图像重建算法的发展历程及其最新进展,指出该技术是一种很有应用前景的医学检测方法。

光对植物生物钟的调节

植物中的许多生理和生化反应都表现出一种内源的近似于24小时的昼夜节律现象,这些昼夜节律现象受生物钟的调节。高等植物的生物钟系统由输入途径、中央振荡器、输出途径以及一个阀门效应器组成。光信号通过光敏色素和隐花色素进入生物钟,使中央振荡器产生振荡,改变生物钟的输出信号,引起各种生理反应。本文综述了光信号对高等植物生物钟的调节作用和转导途径。

光生物调节及糖皮质激素治疗类固醇肌病的前景

目的:综述糖皮质激素引起类固醇肌病的机制及其传统治疗方法和具有前景的光生物调节疗法。资料来源:应用计算机检索Medline、Ovoid和Springer1970/2007与糖皮质激素类固醇肌病及其疗法相关的文章,检索词“glucocorticoid,myopathy,therapy,low intensity laser therapy”,并限定文章语言为English。同时在中国全文数据库中检索,检索词“糖皮质激素,类固醇肌病”,并限定文章语言为中文。资料选择:对资料进行初审,纳入标准:糖皮质激素引起类固醇肌病的机制及其主要疗法的文献。排除标准:重复性研究。资料提炼:共收集到133篇相关文献。在选择和分析的基础上,排除重复或类似研究,最终提炼出48篇文献进行分类整理。资料综合:长期使用或大量使用糖皮质激素可以导致类固醇肌病的发生。通过糖皮质激素受体介导的信号转导,糖皮质激素可以正向或者负向调节相关基因的表达,从而产生如加快蛋白降解和减慢蛋白合成等相关效应。细胞模型或动物模型的实验表明,糖皮质激素可以从对骨骼肌能量代谢、氨基酸平衡、蛋白质代谢和成肌等方面的干扰而破坏骨骼肌细胞的内稳态,这可能是糖皮质激素引起类固醇肌病的机制。激活MAPKs信号途径或G蛋白耦联受体信号途径可能抑制糖皮质激素的信号转导。结论:激素疗法和运动疗法可以治疗类固醇肌病。光生物调节作用可以激活细胞MAPKs信号途径和G蛋白耦联受体信号途径,提示光生物调节作用是治疗类固醇肌病的一种潜在的疗法。

光生物调节修复运动性肌肉损伤

背景:不习惯强度的运动常导致运动性肌肉损伤,光生物调节治疗运动性肌肉损伤的研究存在不同的结果,且其治疗机制及其量效关系尚不清楚。目的:总结和分析光生物调节作用的机制以及光生物调节疗法治疗运动性肌肉损伤时的剂量、强度、波长等与效应之间的关系。方法:通过PubMed数据库(1996-01/2010-04)和中国学术期刊库(2000-01/2010-04)检索了低强度激光或单色光对运动性肌肉损伤的作用及其相关机制的文献,英文检索词为"low-levellaser,phototherapy,exercise-induced muscle damage,delayed onset muscle soreness",中文检索词为"低强度激光,光疗法,运动性肌肉损伤,延迟性肌肉酸痛"。手工补充检索低强度激光疗法的专著。共收集到中、英文文献38篇,排除重复及类似性研究,纳入31篇文献进行综述。结果与结论:光生物调节作用的机制假说主要包括线粒体机制、一氧化氮机制、氧化还原机制和光生物信息模型理论,光生物调节疗法治疗运动性肌肉损伤的具体机制仍不清楚。光生物调节治疗运动性肌肉损伤只有在剂量和强度达到足够大情况下才有效,而且强度可能比剂量更重要,患部的有效照射剂量和强度受到皮肤厚度和光波波长的影响。由此推论,光生物调节疗法能有效地治疗运动性肌肉损伤,其疗效是剂量和强度依赖性的。

公共技术服务平台建设研究——以武汉生物技术研究院为例

公共技术服务平台是中小企业开展创新活动的重要载体,是为产业发展提供技术服务的支撑体系,是推动区域化整体发展的根本保障。本文通过对武汉生物技术研究院公共技术服务平台的建设思路与发展趋势的总结分析,就强化和深入政府在平台建设与发展中的主导作用、进一步推进武汉生物技术研究院公共技术服务平台的企业化运营、彰显平台在武汉国家生物产业基地(光谷生物城)的核心支撑作用作了初步探索。

微藻酶的潜在生物技术应用

酶是工业过程中最有效的催化剂。由于商业上对新型和更高效酶的需求不断增长,许多研究着重开发可再生和环境可持续的原材料来生产酶类。目前,细菌或真菌来源的酶(如纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶)在全球酶市场占据主导地位。微藻作为生境多样(有时甚至是极端环境)的多系群生物,具有与碳、氮和磷生物地球化学循环相关的代谢途径,这些特性及其代谢适应性使其成为生产新型酶的理想原材料,部分微藻源酶已经应用于食品、轻化工、生物能源、生物监测和生物修复等。为此,本文总结了微藻与碳、氮、磷代谢有关的多个酶促复合物:碳酸酐酶、淀粉分解酶、半乳糖水解酶、酰基转移酶、脂肪酶、脂氧合酶、固氮酶、蛋白酶、腈水解酶、磷酸酶、植酸酶和硫解酶,同时还介绍了一些特殊的微藻源酶类,包括光酶、氢化酶、萜类物质合成相关酶,以期加强对微藻源酶的认识,为探索利用微藻大规模工业化生产酶类提供参考,从而加快对微藻源酶的开发利用。