人类红白血病细胞株K562细胞粘弹性的实验研究
作者：宋关斌 俞为群 许相儒 吴泽志 龙勉 蔡绍皙
单位：宋关斌 俞为群 吴泽志 龙勉 蔡绍皙 (重庆大学 生物工程研究院)；许相儒 (临床生化教研室，重庆 400044)
关键词：K562细胞；粘弹性；苦参碱；微管吸吮
中国医学物理学杂志990221 摘要：本文利用微管吸吮技术研究了人类红白血病细胞株K562细胞的粘弹性，并与高低两种浓度苦参碱作用后的K562细胞粘弹性进行了比较。结果表明：K562细胞的三个粘弹性参数，K1，K2，和μ比低浓度苦参碱处理后的粘弹性参数均高，但又显著低于高浓度苦参碱处理后的粘弹性参数。
中图分类号：R331.1+4
文献标识码：A
, 百拇医药
文章编号：1005-202X(1999)02-0115-02
Experimental investigation on viscoelasticity of K562
SONG Guan-bin,YU Wei-qun,XU Xiang-ru,WU Ze-zhi,LONG Mian,CAI Shen-xi
(Bio-engineering Research Institute,Chongqing University,Chongqing 400044,China)
Abstract:A micropipette aspiration technique was adopted to investigate the viscoelasticity of K562 cells and compared with alkaloid of Sophora flavescens Ait treated K562 cells.Experimental results showed that the viscoelastic properties K1、K2 and μ of K562 cells are higher than that of K562 cells treated with olw concentration alkaloid of Sophora flavescens Ait,and it is lower than that of high concentration alkaloid of Sophora flavescens Ait treated K562 cells.
, 百拇医药
Key words:K562 cell;viscoelasticity；alkaloid of sophora flavescens ait;micropipette aspiration
前言：苦参碱是豆科(Leguminosae)植物苦参(Sophora flavescens Ait)中生物碱的主要成份。已有研究报道不同浓度的苦参碱对K562细胞有诱导分化、抑制增殖或细胞毒性的作用[1]。在光镜下观察，低浓度的苦参碱可诱导K562细胞向类似红细胞方向分化，而高浓度的苦参碱则主要表现为细胞毒性作用。
微管吸吮技术(Micropipette Aspiration Techinque)是一种评价单个细胞粘弹性和细胞对之间、细胞与基质之间粘附特性的重要研究手段，它通过测量在一定负压作用下细胞的变形时间过程或细胞与细胞/基质的临界粘附力值，用以阐明细胞的力学性质和细胞间的相互作用。我们已成功利用该技术研究了红细胞膜、肝癌细胞等的力学性质[2，3]，本文采用微管吸吮技术研究人类红白血病细胞株K562细胞的粘弹性及其受苦参碱的影响，利用标准线形固体模型对粘弹性实验结果进行了拟合和简要分析。
, 百拇医药
1 材料与方法
1.1 细胞准备
K562细胞(重庆医科大学提供)经传代培养后制成三组细胞悬液，第一组细胞悬浮介质为Hanks液，第二组细胞悬浮介质为含有0.1 mg/ml苦参碱的Hanks液，第三组细胞悬浮介质为含有1.0 mg/ml苦参碱的Hanks液，三组细胞均在37 ℃孵育24小时后进行实验。
1.2 粘弹性测量的方法
采用微管吸吮技术定量测量单个K562细胞的粘弹特性，微管吸吮实验系统及粘弹性测量方法见文献[3]。
1.3 结果处理及统计分析
参照K-L.P.Sung等有关白细胞粘弹性的实验结果和理论分析方法[4]，选择标准线性固体模型拟合实验结果。该模型由二条平行的“臂”组成，其中一“臂”是弹性数为K1的弹性元件，另一“臂”由弹性系数为K2的弹性元件与粘性系数为μ的粘性元件串联组成。弹性系数K1和K2与时间无关，主要反映细胞的初始变形程度，随(1/K1+1/K2)而变化，粘性系数μ反映细胞变形对时间的依赖性。实验结果的统计分析采用两样本均数的t检验。
, http://www.100md.com
2 实验结果
一个典型K562细胞在一定阶跃负压作用下在微管内的变形时间过程见图1。
图1 K562细胞在微管内的变形序列图
K562细胞的粘弹特性及高低两种浓度苦参碱处理K562细胞后的粘弹特性见表1。
表1 K562细胞的粘弹特性
, 百拇医药
K562细胞
(n=33)
低浓度(0.1mg/ml)
苦参碱上理的K562
细胞(n=20)
高浓度(1.0mg/ml)
苦参碱处理K562
细胞(n=18)
K1
(dyn/cm2)
725.73±215.06
, 百拇医药
432.50±67.20*
1927.60±325.20*
K2
(dyn/cm2)
433.13±119.28
242.50±31.20*
975.99±170.15*
μ
(dyn*s/cm2)
71.53±38.04
, 百拇医药
49.46±15.30*
363.64±97.12*
*与不加苦参碱处理的K562细胞比较：P<0.01 表中n：所测细胞个数
3 讨论
细胞粘弹性是衡量细胞力学特性的一项重要指标，本文利用微管吸吮实验技术定量研究了K562细胞的粘弹特性，并与高低两种浓度苦参碱处理后的K562细胞的粘弹特性进行对照。实验结果表明：K562细胞在微管内的变形经历了一个初始快速响应和其后稳定增加的时间过程，说明K562细胞在外加阶跃负压作用下，首先表现一个弹性响应阶段，然后再表现粘性响应阶段。这种细胞的粘弹特性与我们已经研究的肝癌细胞比较类似。
K562细胞的三个粘弹性参数K1、K2和μ比低浓度苦参碱处理后的粘弹性参数均高，但又显著低于高浓度苦参碱处理后的粘弹性参数。这一结果提示：低浓度苦参碱处理后的K562细胞更易发生变形，而高浓度苦参碱处理后的K562细胞的刚性增加，其运动、变形或迁移更加困难。这种结果与文献[1]报道的低浓度苦参碱可诱导K562细胞向类似红细胞系方向分化，而高浓度苦参碱则主要表现为细胞毒性作用的结果相一致。
, 百拇医药
细胞的粘弹特性与细胞骨架的结构状态密切相关，已有研究发现K562细胞上可能有苦参碱作用的相应受体，因此苦参碱与K562细胞可发生特异性结合，但这种结合是否改变K562细胞的细胞骨架结构从而引起细胞粘弹性的变化，尚需作进一步的研究。
参考文献
[1] 张彦，等.苦参碱和氧化苦参碱诱导人类红白血病细胞株K562细胞分化及凋亡[C].重庆：重庆第五届西南三省一市生化学术会议论文集，1997.162-163.
[2] 宋关斌，等.遗传性球形红细胞增多症红细胞膜粘弹性与膜蛋白巯基含量的实验研究[J].中国血液流变学杂志，1997，7(4)：1-6.
[3] 龙勉，等.肝癌细胞粘弹性的实验研究[J].生物物理学报，1996，12.(1)：169-173.
[4] Schmid-Schonbein GW,et al.Passive mechanical properties of human leukocytes[J].Biophys.J.,1981,36:243-256.
收稿日期：1998-07-13, 百拇医药
单位：宋关斌 俞为群 吴泽志 龙勉 蔡绍皙 (重庆大学 生物工程研究院)；许相儒 (临床生化教研室，重庆 400044)
关键词：K562细胞；粘弹性；苦参碱；微管吸吮
中国医学物理学杂志990221 摘要：本文利用微管吸吮技术研究了人类红白血病细胞株K562细胞的粘弹性，并与高低两种浓度苦参碱作用后的K562细胞粘弹性进行了比较。结果表明：K562细胞的三个粘弹性参数，K1，K2，和μ比低浓度苦参碱处理后的粘弹性参数均高，但又显著低于高浓度苦参碱处理后的粘弹性参数。
中图分类号：R331.1+4
文献标识码：A
, 百拇医药
文章编号：1005-202X(1999)02-0115-02
Experimental investigation on viscoelasticity of K562
SONG Guan-bin,YU Wei-qun,XU Xiang-ru,WU Ze-zhi,LONG Mian,CAI Shen-xi
(Bio-engineering Research Institute,Chongqing University,Chongqing 400044,China)
Abstract:A micropipette aspiration technique was adopted to investigate the viscoelasticity of K562 cells and compared with alkaloid of Sophora flavescens Ait treated K562 cells.Experimental results showed that the viscoelastic properties K1、K2 and μ of K562 cells are higher than that of K562 cells treated with olw concentration alkaloid of Sophora flavescens Ait,and it is lower than that of high concentration alkaloid of Sophora flavescens Ait treated K562 cells.
, 百拇医药
Key words:K562 cell;viscoelasticity；alkaloid of sophora flavescens ait;micropipette aspiration
前言：苦参碱是豆科(Leguminosae)植物苦参(Sophora flavescens Ait)中生物碱的主要成份。已有研究报道不同浓度的苦参碱对K562细胞有诱导分化、抑制增殖或细胞毒性的作用[1]。在光镜下观察，低浓度的苦参碱可诱导K562细胞向类似红细胞方向分化，而高浓度的苦参碱则主要表现为细胞毒性作用。
微管吸吮技术(Micropipette Aspiration Techinque)是一种评价单个细胞粘弹性和细胞对之间、细胞与基质之间粘附特性的重要研究手段，它通过测量在一定负压作用下细胞的变形时间过程或细胞与细胞/基质的临界粘附力值，用以阐明细胞的力学性质和细胞间的相互作用。我们已成功利用该技术研究了红细胞膜、肝癌细胞等的力学性质[2，3]，本文采用微管吸吮技术研究人类红白血病细胞株K562细胞的粘弹性及其受苦参碱的影响，利用标准线形固体模型对粘弹性实验结果进行了拟合和简要分析。
, 百拇医药
1 材料与方法
1.1 细胞准备
K562细胞(重庆医科大学提供)经传代培养后制成三组细胞悬液，第一组细胞悬浮介质为Hanks液，第二组细胞悬浮介质为含有0.1 mg/ml苦参碱的Hanks液，第三组细胞悬浮介质为含有1.0 mg/ml苦参碱的Hanks液，三组细胞均在37 ℃孵育24小时后进行实验。
1.2 粘弹性测量的方法
采用微管吸吮技术定量测量单个K562细胞的粘弹特性，微管吸吮实验系统及粘弹性测量方法见文献[3]。
1.3 结果处理及统计分析
参照K-L.P.Sung等有关白细胞粘弹性的实验结果和理论分析方法[4]，选择标准线性固体模型拟合实验结果。该模型由二条平行的“臂”组成，其中一“臂”是弹性数为K1的弹性元件，另一“臂”由弹性系数为K2的弹性元件与粘性系数为μ的粘性元件串联组成。弹性系数K1和K2与时间无关，主要反映细胞的初始变形程度，随(1/K1+1/K2)而变化，粘性系数μ反映细胞变形对时间的依赖性。实验结果的统计分析采用两样本均数的t检验。
, http://www.100md.com
2 实验结果
一个典型K562细胞在一定阶跃负压作用下在微管内的变形时间过程见图1。
图1 K562细胞在微管内的变形序列图
K562细胞的粘弹特性及高低两种浓度苦参碱处理K562细胞后的粘弹特性见表1。
表1 K562细胞的粘弹特性
, 百拇医药
K562细胞
(n=33)
低浓度(0.1mg/ml)
苦参碱上理的K562
细胞(n=20)
高浓度(1.0mg/ml)
苦参碱处理K562
细胞(n=18)
K1
(dyn/cm2)
725.73±215.06
, 百拇医药
432.50±67.20*
1927.60±325.20*
K2
(dyn/cm2)
433.13±119.28
242.50±31.20*
975.99±170.15*
μ
(dyn*s/cm2)
71.53±38.04
, 百拇医药
49.46±15.30*
363.64±97.12*
*与不加苦参碱处理的K562细胞比较：P<0.01 表中n：所测细胞个数
3 讨论
细胞粘弹性是衡量细胞力学特性的一项重要指标，本文利用微管吸吮实验技术定量研究了K562细胞的粘弹特性，并与高低两种浓度苦参碱处理后的K562细胞的粘弹特性进行对照。实验结果表明：K562细胞在微管内的变形经历了一个初始快速响应和其后稳定增加的时间过程，说明K562细胞在外加阶跃负压作用下，首先表现一个弹性响应阶段，然后再表现粘性响应阶段。这种细胞的粘弹特性与我们已经研究的肝癌细胞比较类似。
K562细胞的三个粘弹性参数K1、K2和μ比低浓度苦参碱处理后的粘弹性参数均高，但又显著低于高浓度苦参碱处理后的粘弹性参数。这一结果提示：低浓度苦参碱处理后的K562细胞更易发生变形，而高浓度苦参碱处理后的K562细胞的刚性增加，其运动、变形或迁移更加困难。这种结果与文献[1]报道的低浓度苦参碱可诱导K562细胞向类似红细胞系方向分化，而高浓度苦参碱则主要表现为细胞毒性作用的结果相一致。
, 百拇医药
细胞的粘弹特性与细胞骨架的结构状态密切相关，已有研究发现K562细胞上可能有苦参碱作用的相应受体，因此苦参碱与K562细胞可发生特异性结合，但这种结合是否改变K562细胞的细胞骨架结构从而引起细胞粘弹性的变化，尚需作进一步的研究。
参考文献
[1] 张彦，等.苦参碱和氧化苦参碱诱导人类红白血病细胞株K562细胞分化及凋亡[C].重庆：重庆第五届西南三省一市生化学术会议论文集，1997.162-163.
[2] 宋关斌，等.遗传性球形红细胞增多症红细胞膜粘弹性与膜蛋白巯基含量的实验研究[J].中国血液流变学杂志，1997，7(4)：1-6.
[3] 龙勉，等.肝癌细胞粘弹性的实验研究[J].生物物理学报，1996，12.(1)：169-173.
[4] Schmid-Schonbein GW,et al.Passive mechanical properties of human leukocytes[J].Biophys.J.,1981,36:243-256.
收稿日期：1998-07-13, 百拇医药