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空间细胞电融合试验研究回顾

2007-02-19 23:51 刘承宪等 中科院上海植物生理研究所等 阅读 0
核心摘要: 本文回顾了自1984年以来国内外利用空间微重力环境进行细胞电融合试验的研究进展。动物细胞方面,德国TEXUS探空火箭、D-2太空船及中国高空气球落舱试验均显示微重力可提高融合率;植物细胞方面,烟草种内和种间杂交试验也观察到融合产物显著增加。文章总结了关键参数和成果,为相关领域提供参考。

自1984年以来,欧美各国开始利用空间微重力环境提高细胞电融合的得率和杂种细胞活力。本文系统回顾了国内外空间动物细胞和植物细胞电融合试验研究的相关情况,供科研人员参考。

(一)动物细胞

1988年,德国TEXUS探空火箭上的试验结果表明,在微重力条件下,哺乳动物细胞融合得率可增加10倍,而有活力的杂种细胞数比地面对照增加2倍[1]。

1992年,Zimmermann U.等人与美国亚利桑那大学Sammons DW等人介绍了一种利用分裂素促进B淋巴细胞刺激和培养的方法,可在1-2周内体外生成大量抗体形成细胞用于细胞融合。该活化与培养体系计划用于1993年德国D-2太空船,以验证关于哺乳动物细胞活化、融合、代谢、分泌、生长和生物分离的假设[2]。

1996年,荷兰Erasmus大学Jongking JF等人报道了一项短时间(6分钟)探空火箭微重力条件下的试验,观察人纤维原细胞的质膜融合。电极距为0.5 cm,放电电容条件为68 mF、250 V、10 ms。结果发现,6分钟微重力条件未使融合产物百分比发生显著改变[3]。

1999年,中科院上海植物生理研究所刘承宪、中科院上海细胞生物研究所徐绍嫣和王升年利用中德合作的空气球落舱试验机会,以及中科院上海技术物理所制造的球载MB22-ZOI中仪,进行了微重力条件下的小鼠淋巴细胞骨髓瘤SP2/O细胞电融合试验。融合细胞染色观察表明,微重力条件下淋巴细胞与SP2/O细胞的融合率是地面条件下的3.53倍,但未见杂交瘤生长[4]。

(二)植物细胞

1988年,德国TEXUS 17探空火箭上,采用烟草种内杂交(Nicotiana tabacum),发现融合产物显著增加[5]。

1993年,德国D-2太空船上进行了烟草种间杂交(Nicotiana tabacum cv. Tanthi × N. rustica)叶肉原生质体融合,细胞在微重力环境中暴露10天,采用蠕动泵换液方式。两核融合率约为13%,比地面对照提高约12倍[6]。

1997年,德国Tubingen大学Hoffmann E.再次介绍了10分钟(探空火箭)和10天(太空船)条件下烟草种间杂交(Nicotiana tabacum cv. Tanthi × N. rustica)的融合试验结果[7]。

1997年,中科院上海植物生理研究所李雪梅等人研究了空间烟草细胞的电融合。结果表明,用低温(4℃)、融合介质(0.55 mol/L甘露醇)并添加0.1%纤维素酶保存原生质体,72小时内可使约94%细胞维持无壁状态,同时未使细胞丧失再生能力,基本满足从地面制备亲本细胞到在微重力条件下进行电融合的要求。为减少剪切力对亲本细胞的损伤,一方面用超速离心方法对亲本细胞之一去液泡,另一方面用电泳代替蠕动泵混合亲本细胞。根据地面实验结果推测,确定了空间有/无液泡亲本细胞电融合的较适合参数:交流电场强度90 V/cm,频率0.8 MHz,排列时间20 s,直流脉冲1.0-1.3 kV/cm,幅宽40 μs,两次脉冲[8]。

参考文献

[1] Biotechnology in space: Potentials and perspectives. In H.-J. Rehm, G. Reed (eds). Biotechnology, 6b:639-672, 1988.

[2] An experimental system for determining the influence of microgravity on B lymphocyte activation and cell fusion. Adv Space Res 1992;12(1):363-372.

[3] Cell fusion in space: plasma membrane fusion in human fibroblasts during short term microgravity. Adv Space Res 1996;17(6-7):21-5.

[4] 高空气球落舱搭载动物细胞电融合. 中国空间科学学会第四届微重力科学学术会议论文集. 19990921. p93-94.

[5] Effects of microgravitation on electrofusion of plant cell protoplasts. Plant Physiol 1989;89:1172-1177.

[6] Electrofusion of plant cell protoplasts under microgravity - a D-2 spacelab. Microgravity Sci Technol 1995 Nov;8(3):188-195.

[7] Fusion and metabolism of plant cells as affected by microgravity. Plant 1997;203 Suppl:S42-53.

[8] 空间细胞电融合关键技术的地基研究-烟草细胞的电融合. 实验生物学报 1997;30(2).

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