纳秒脉冲用于细胞内电处理的研究进展

近年来,国内外学者对纳秒脉冲电场应用于细胞内电处理效应进行了一些较为深入的实验和机制研究,实验结果表明纳秒脉冲电场不会导致细胞膜电穿孔,但能够诱导凋亡、钙离子释放、基因表达增强、DNA和染色体破碎等细胞内电处理效应。为了解释细胞内电处理,研究者们认为当脉冲电场的脉宽大于细胞膜充电时间常数时,脉冲电场主要作用在细胞外膜上产生电穿孔。随脉冲宽度变小,电场对细胞核及核膜影响增强,当脉宽小于细胞膜充电时间常数时,脉冲电场主要作用于膜内细胞器,进行细胞内电处理。

细胞内电处理用ns脉冲发生器研究进展

为了便于全面了解目前细胞内电处理实验研究的方法和具体实施方案,综述了国内外用于细胞内电处理实验研究的ns脉冲发生器。从电容器充放电和传输线理论2方面介绍了这些发生器产生ns级、高强脉冲电场的工作原理;分析了用于细胞内电处理的ns脉冲发生器性能特点、发生器的电路结构、元器件选择和技术指标等。实验结果表明,这些发生器产生的ns脉冲电场能诱导细胞内电处理效应。对今后的研究工作进行了讨论和展望。

ns脉冲诱导细胞内电处理机理的研究进展

脉宽为ns级、场强≥10 kV/cm的脉冲电场能够对细胞内部结构产生影响而不会导致细胞外膜穿孔,即细胞内电处理效应。尽管细胞内电处理效应的机理目前还不是很清楚,但国内外学者一致认为细胞内电处理的根本原因是ns脉冲电场在细胞内膜上诱导出的跨膜电位超过了穿孔临界值,从而导致内膜穿孔。基于以上研究详细介绍了目前关于细胞内外膜跨膜电位的计算模型、方法及仿真计算结果,探讨了细胞内电处理的机理。宽脉冲电场难以透过外膜进入细胞内部,主要作用在外膜上,导致外膜发生电穿孔。随着脉冲宽度变小,电场对内膜作用增强。当脉宽减小到ns级时,脉冲电场感应出的内膜跨膜电位比外膜大,电场主要作用于膜内细胞器,诱导内膜穿孔,细胞结构和功能改变,即进行细胞内电处理。