射頻功率放大器在超聲實(shí)現(xiàn)離體腫瘤細(xì)胞研究的應(yīng)用
實(shí)驗(yàn)名稱:超聲實(shí)現(xiàn)離體H-22腫瘤細(xì)胞快速磁性標(biāo)記研究
研究方向:生物醫(yī)學(xué)
測試目的:
細(xì)胞磺性標(biāo)記所采用的標(biāo)記物多為超順磁氧化鐵(SPIO)納米微粒,由于細(xì)胞膜表面和SPIO表面都帶負(fù)電荷,二者相互排斥,細(xì)胞在自然狀態(tài)難以攝取氧化鐵顆粒。為提高細(xì)胞標(biāo)記率,達(dá)到磁性標(biāo)記細(xì)胞的目的,一般都是通過載體或轉(zhuǎn)染劑對顆粒表面進(jìn)行修飾,通過吞噬、液相胞飲等作用促進(jìn)細(xì)胞對它們的攝取。近年還有人將磁性粒子與抗體和受體結(jié)合,通過細(xì)胞表面相應(yīng)的受體使磁性粒子與細(xì)胞結(jié)合并進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。還可將磁性氧化鐵粒子制成特定的標(biāo)記物,通過哺乳類動(dòng)物細(xì)胞非特異性膜表面吸收過程進(jìn)入細(xì)胞內(nèi),用SPIO對目標(biāo)細(xì)胞標(biāo)記時(shí),將SPIO與與轉(zhuǎn)染試劑通過一定方式復(fù)合,然后與目標(biāo)細(xì)胞一起放入培養(yǎng)基中共同培養(yǎng),一般需要較長的孵育時(shí)間(24一48h)。SPIO微粒通過非特異性膜表面吸收過程進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。
葡聚糖包被的超小型超順磁納米粒子是目前應(yīng)用最為廣泛的磁共振成像對比劑,最早被用于體外細(xì)胞磺性標(biāo)記試驗(yàn)。但相比于標(biāo)準(zhǔn)尺寸(50-150nm)或微米級(jí)的氧化鐵微粒對比增強(qiáng)效果也較弱。使用體積大些的葡聚糖包被的SPIO標(biāo)記細(xì)胞時(shí)胞質(zhì)內(nèi)Fe顆粒較顆粒小者多,標(biāo)記效果好。另外,用大尺寸的如微米級(jí)尺寸的氧化鐵微??蓪?shí)現(xiàn)對單個(gè)細(xì)胞的磁標(biāo)記進(jìn)而實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞的磁共振成像。這也是目前一個(gè)嶄新的研究方向,但由于細(xì)胞膜的保護(hù)作用,如何將這些大尺寸的氧化鐵微粒加載進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中是一個(gè)有待解決的問題。
測試設(shè)備:ATA-8202射頻功率放大器、信號(hào)發(fā)生器、超聲探頭、水槽、蒸餾水等。
實(shí)驗(yàn)過程:
利用化學(xué)共沉淀法自行合成葡聚糖包被的超順磁納米氧化鐵水基磁懸液,其核心顆粒直徑10~20nm,濃度可以根據(jù)需要自行調(diào)整。在此之前,曾經(jīng)采用生化孵育的安全質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25ug/mL且在輸出電功率1W的條件下進(jìn)行了裝載實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)作用時(shí)間在2min以內(nèi)該功率的超聲對細(xì)胞活性幾乎沒有影響,但由于細(xì)胞懸液中SPIO微粒濃度太小,裝載效果不理想。所以本次實(shí)驗(yàn)選用較大的SPIO濃度,按其在細(xì)胞懸液中的最終濃度分為A、B、C、D、E5組,各組質(zhì)量分?jǐn)?shù)為分別為22.5、90、410、1500、2250ug/mL且使超聲發(fā)生器輸出電功率為2W時(shí)進(jìn)行超聲裝載實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)裝置如圖:
圖1:實(shí)驗(yàn)裝置
實(shí)驗(yàn)結(jié)果:
本次實(shí)驗(yàn)考察當(dāng)探頭激勵(lì)頻率1.43MHz,發(fā)生器輸出電功率2w,細(xì)胞懸液中所含SPIO質(zhì)量分?jǐn)?shù)在22.5~2250ug/mL,,超聲作用時(shí)間在10~120s條件下,細(xì)胞標(biāo)記情況及活性。
1、細(xì)胞標(biāo)記結(jié)果
普魯士藍(lán)顯示陽性的為已標(biāo)記的細(xì)胞,當(dāng)SPIO在細(xì)胞懸液中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為410ug/mL,超聲發(fā)生器輸出電功率為2w,探頭中心頻率1.43MHz,超聲作用10s時(shí)H-22細(xì)胞的標(biāo)記效果,細(xì)胞陽性率約為82%。而未經(jīng)超聲處理的細(xì)胞懸液,將其與納米超順磁氧化鐵水基磁懸液一起在37℃孵育箱中孵育30min,然后用普魯士染色,光鏡下觀察,幾乎沒有細(xì)胞被標(biāo)記,可見不經(jīng)超聲處理,僅進(jìn)行短時(shí)間孵育細(xì)胞是不能實(shí)現(xiàn)細(xì)胞標(biāo)記,也就是說在沒有超聲的參與情況下,短時(shí)間內(nèi)SPIO微粒不能夠進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。證明超聲作為一種外界力量確實(shí)可以使大顆粒物質(zhì)一納米氧化鐵微粒進(jìn)入細(xì)胞,實(shí)現(xiàn)細(xì)胞磁性標(biāo)記。
為了研究細(xì)胞的標(biāo)記率與超聲處理時(shí)間、SPIO濃度之間的量化關(guān)系,在聲學(xué)條件為1.43MHz,輸出電功率為2W時(shí),對不同的超聲處理時(shí)間、SPIO濃度條件下,任取10個(gè)顯微視野進(jìn)行計(jì)數(shù),統(tǒng)計(jì)SPIO對細(xì)胞的標(biāo)記率。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示不同SPIO濃度時(shí)細(xì)胞標(biāo)記率(%)與超聲處理時(shí)間t(s)之間的關(guān)系如圖2。
圖2不同SPIO濃度時(shí)超聲輻射時(shí)間與細(xì)胞標(biāo)記率之間的關(guān)系
特定SPIO濃度時(shí),標(biāo)記率和超聲作用時(shí)間的關(guān)系:當(dāng)SPIO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22.5ug/mL時(shí),隨著超聲作用時(shí)間增長,細(xì)胞標(biāo)記率近似直線提高,但從整體來看,細(xì)胞標(biāo)記率較低,當(dāng)超聲作用時(shí)間為120s時(shí),標(biāo)記率不足25%。當(dāng)加入的SPIO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90~2250ug/mL時(shí),標(biāo)記率和超聲作用時(shí)間呈現(xiàn)振蕩關(guān)系。除410ug/mL外,超聲作用時(shí)間低于30s,隨時(shí)間延長標(biāo)記率下降。30~60s之間,隨時(shí)間延長,標(biāo)記率提高;60s后,隨時(shí)間延長,標(biāo)記率又呈下降趨勢。
超聲作用時(shí)間一定,標(biāo)記率和SPIO濃度間關(guān)系,從整個(gè)標(biāo)記結(jié)果來看,超聲作用時(shí)間在60s內(nèi),細(xì)胞標(biāo)記率相對較高,超過60s后,標(biāo)記率基本都在下降。當(dāng)超聲作用時(shí)間為30s,SPIO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為410ug/mL(C組),細(xì)胞標(biāo)記率超過90%,SPIO質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高(如1500ug/mL(D組)和2250ug/mL(E組))或質(zhì)量分?jǐn)?shù)過低(如22.5ug/mL(A組))細(xì)胞標(biāo)記率均不足20%;說明SPIO在對H-22細(xì)胞標(biāo)記時(shí)存在一個(gè)最佳濃度,濃度過高或過低,都會(huì)使標(biāo)記效果變差。
標(biāo)記率與SPIO質(zhì)量分?jǐn)?shù)、超聲作用時(shí)間之間確切關(guān)系還需進(jìn)一步研究。
安泰ATA-8202射頻功率放大器:
本文實(shí)驗(yàn)素材由西安安泰電子整理發(fā)布。Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線,且具有相當(dāng)規(guī)模的儀器設(shè)備供應(yīng)商,樣機(jī)都支持免費(fèi)試用。