原子力显微镜应用于对细胞形态结构及细胞生物过程的观察

对细胞形态结构及细胞生物过程的观察

AFM已广泛用于观察各种细胞的表面结构，如对红细胞、血管内皮细胞、巨噬细胞、肾上皮细胞、精细胞、神经母细胞、内皮细胞、淋巴母细胞等细胞的观察等。利用AFM对一定数量血红细胞的表面形态及三维结构进行了观测，通过图像可对红细胞的厚度、宽度、表面积、体积等进行测算。Giraole等则观察了在药物、低浓度离子等作用下的红细胞与正常红细胞的差别.张汝芝等用AFM观察了人表皮黑素细胞、毛囊无色素黑素细胞和S91鼠黑素瘤细胞的形态结构,从AFM图像分析得知!正常人表皮黑素细胞有3级分支，在主干及分支的顶端和侧缘可见膨出的球形结构：鼠黑素瘤细胞仅有很短的2级分支，在2级树突近端可见黑素小体；毛囊无色素黑素细胞只有1级树突，且仅在树突近端有少数黑素小体。

对细胞形态变化的观察AFM独特的成像原理和特性，使其能够对活细胞在生理、病理条件下形态结构的变化进行动态观察。观察时可向AFM液体池中注入不同的溶液，用以改变活细胞的液体环境(如PH值、离子浓度等)，从而引起细胞形态和结构的改变，在这一过程中，AFM可以对细胞的变化进行实时地动态观测。如!感染病毒后细胞表面形态的改变5007，成骨细胞在加入底物(钴铬、钛、钛钒等)后细胞形态和细胞弹性的变化，三磷酸鸟苷对胰腺外分泌细胞囊泡高度的影响等。:CMBQN等50#7用AFM观察了在表皮生长因子刺激下，腺癌细胞板状伪足增长的过程;Braet等用AFM观察了肝自然杀伤细胞和结肠癌细胞共培养时的细胞毒性效应。传统的细胞毒性试验方法在效应细胞和靶细胞接触后1.5-3h方可检测到细胞毒性效应，而用AFM在2种细胞接触后10min即可检测到。在畜牧业上，可借鉴其他学科在研究细胞生物学方面的经验，通过AFM检测某些物质对红细胞、淋巴细胞、脾细胞及肝细胞等细胞形态变化的影响，用于衡量动物体的健康状况或评价饲料中某些物质的性能。

对细胞间相互作用的观察AFM可对扫描各点的作用力进行测定，依此原理可以测定/种细胞之间的相互作用力。将一种细胞连接在AFM扫描探针的尖端，使针尖功能化，对另一种单层排列的细胞进行扫描就可以进行细胞间相互作用的研究。如：在胚胎移植过程中，胚囊与母体组织的最初接触是通过胚囊滋养层细胞与子宫内皮细胞的黏附作用实现的，这种黏附作用对于胚胎移植非常关键。Thie等采用前述方法，用AFM研究了人子宫内皮细胞系和人滋养型细胞之间的黏附作用。将JAR功能性地结合在AFM扫描探针的尖端，然后与单层的子宫内皮细胞作用不同的时间段(1,10,20和40min)，AFM渐进力曲线表明：HEC-1-A和RL95-2与JAR之间均存在排斥性相互作用，但RL95-2的排斥作用力较HEC-1-A小，这是由于RL95-2的表面光滑、糖萼薄，而HEC-1-A的表面粗糙、糖萼厚。在克服了排斥性相互作用后，接触时间为20和40min时，RL95-2表现出与JAR的特异性结合。这项研究第一次界定了滋养细胞和子宫内皮细胞间的相互作用。AFM的这一作用，对研究多细胞生物体中细胞与细胞间的相互作用具有重要启示，如可研究动物胚胎移植中细胞的免疫排斥反应，病变细胞与健康细胞间的相互作用等。