学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

味觉细胞模型及仿生味觉细胞网络传感器的研究

作 者: 陈培华
导 师: 王平
学 校: 浙江大学
专 业: 生物医学工程
关键词: 味觉细胞电生理模型 PKD1L3/2L1通道 单通道模型 细胞传感器 光寻址电位传感器 味觉细胞间的通讯 五羟色胺
分类号: R314
类 型: 博士论文
年 份: 2010年
下 载: 116次
引 用: 0次
阅 读: 论文下载
 

内容摘要


味觉感受细胞是味觉敏感的基本单元,实现味觉中化学-电信号转换等重要的前期信息处理功能。研究表明酸、甜、苦、咸和鲜味味质能刺激味觉感受细胞产生动作电位,放电模式可被用于味觉特征的编码。而且味觉感受细胞和味觉神经纤维的响应有很多相似点,表明味觉感受细胞产生的动作电位可能是味觉信息传递到味觉神经纤维的主要组成部分。其电活动对于味觉信息的前期处理起主导作用。对味觉感受细胞离子通道的研究能够在分子水平上揭示味觉感受细胞兴奋性的功能和机制。味觉感受细胞膜上存在多种电压门控离子通道。实验证据表明电压门控离子通道作为味觉感受细胞兴奋性的分子基础,在味觉信息的前期编码和处理中具有重要意义。味觉感受细胞对于生理味质刺激的响应可借助全细胞膜片钳、细胞粘附式膜片钳技术和基于膜片钳的胞外记录技术进行记录。然而由于受这些实验技术的限制,目前对于味觉物质刺激下单个味觉感受细胞产生的动作电位及其离子机制、放电模式以及它所携带的味觉信息了解甚少。这些事实提示,对细胞和亚细胞水平上的前期味觉功能及其机理的研究需要结合理论和实验等多种手段,包括计算机建模和仿真技术和仿生细胞传感器,多角度协同进行研究。本文基于膜片钳全细胞记录以及单通道记录数据,对味觉细胞的配体门控通道和电压门控通道的动力学特性和机理进行描述分析,从而对这个味觉细胞数学模型进行建立。仿真在酸味刺激过程中的时域放电模式。对酸敏感机理以及放电特性进行分析。随着微电子微机械加工技术的发展,利用光电技术的优点,采用光寻址电位传感器(LAPS, Light Addressable Potentiometric Sensor)芯片作为味觉感受和放电响应研究的平台。激光器在LAPS表面扫描寻址,即可对想要检测点的表面电位进行记录,大大提高了细胞传感器的灵活性和可行性。克服了味觉细胞培养密度低的缺点。可用于对味觉细胞在味质刺激下产生的电信号和化学信号检测。本论文的主要内容和贡献如下:1.通过实验建立了味觉酸通道PKD2L1/1L3的动力学模型,通过理论分析该通道OFF响应产生的机理,发现了味觉酸通道具有碱激活工作方式,并具有酸依赖抑制和钙依赖抑制特性。此外,确定了在酸性条件下该通道活动处于抑制状态;2.建立了PKD2通道的单通道模型,并用模型仿真发现了该通道在酸洗脱后具有OFF响应特性。通过膜片钳实验发现单转PKD2L1时在酸刺激洗脱后会产生OFF响应。从模型理论和实验中得到了论证。通过该模型的分析与实验论证,进一步支持了PKD1L3/2L1通道的OFF响应特性是碱激活机理产生的;3.首次建立了酸敏感味觉的全细胞电生理数学模型,仿真发现了在酸敏感中,味觉细胞有ON和OFF放电响应,且存在的三种可能性,通过微电极阵列芯片进行了实验验证。此外,通过该模型仿真分析得到了PKDL通道的钙依赖抑制特性在酸敏感中起着负反馈作用的结果;4.设计了一种基于LAPS的味觉仿生单细胞传感器,培养在芯片表面的味觉细胞存在功能性的Ⅱ型和Ⅲ型。且通过味觉细胞模型和细胞与芯片耦合模型,仿真了味觉细胞在酸味刺激下的胞外信号。实验结果表明:味觉信息是能在初级味觉敏感系统中编码的,且ATP对Ⅲ型味觉细胞具有加强和抑制的双重作用。并结合免疫组化荧光检测方法对LAPS芯片表面培养的味觉细胞进行特异性标记,表明仿生味觉单细胞传感器能够对外界环境离子或是分子的改变进行检测。5.提出了基于LAPS芯片的光寻址特性一种新的仿生味觉细胞网络的传感器,用于检测神经递质5-HT,并应用于味觉细胞间的信息通讯和信息传递的研究。该传感器对5-HT的最低检测限为3×10-13 M,检测灵敏度为19.1mVp5-HT。在酸味或苦甜鲜混合味质的刺激下,舌上皮组织和味觉细胞释放的5-HT局部浓度均为nM级。同时利用荧光共标记手段,对培养的味觉细胞群进行特异性标记,表明离体培养的味觉细胞群中同时具有功能性的Ⅱ型和Ⅲ型细胞存在。

全文目录


致谢  5-6
摘要  6-8
Abstract  8-14
第一章 绪论  14-26
  1.1 味觉细胞电生理数学模型的发展  14-16
    1.1.1 细胞模型的发展  14-15
    1.1.2 味觉细胞模型的研究现状  15-16
  1.2 仿生味觉细胞传感器的发展  16-19
    1.2.1 细胞传感器的发展  16-18
    1.2.2 仿生味觉传感器的研究现状  18-19
  1.3 论文主要内容  19-22
  1.4 本章参考文献  22-26
第二章 味觉细胞电生理以及味觉信号传导机理  26-62
  2.1 引言  26
  2.2 传统检测手段  26-28
    2.2.1 传统膜片钳  26-28
    2.2.2 荧光光学检测  28
  2.3 味觉细胞膜电特性  28-40
    2.3.1 电压门控Na~+通道  30-33
    2.3.2 电压门控K~+通道  33-35
    2.3.3 电压门控Ca~(2+)通道  35-37
    2.3.4 超级化激活通道  37-38
    2.3.5 电压门控Cl~-通道  38
    2.3.6 细胞膜电位  38-40
  2.4 味觉感受特性  40-47
    2.4.1 苦甜鲜味感受  41-43
    2.4.2 酸味感受  43-45
    2.4.3 咸味感受  45-46
    2.4.4 其他感受  46-47
  2.5 味觉信息的初级编码  47-52
    2.5.1 空间编码  49-51
    2.5.2 时域编码  51-52
  2.6 本章小结  52
  2.7 本章参考文献  52-62
第三章 味觉细胞的酸敏感通道TRPL的研究  62-94
  3.1 引言  62-63
  3.2 味觉感受中的TRP通道  63-65
  3.3 TRPL通道的电生理特性  65-74
    3.3.1 TRPL通道的OFF特性  65-67
    3.3.2 TRPL通道的pH特性  67-72
    3.3.3 TRPL通道的Ca特性  72-74
  3.4 TRPL通道的电生理数学模型  74-85
    3.4.1 Hodgkin-Huxley数学模型  74-76
    3.4.2 单通道数学模型  76-77
    3.4.3 TRPL通道的H-H型酸激活模型  77-80
    3.4.4 TRPL通道的H-H型碱激活模型  80-85
  3.5 PKD2L1通道的电生理特性  85-90
    3.5.1 PKD2通道的单通道模型  85-89
    3.5.2 PKD2L1通道的OFF特性  89-90
  3.6 本章小结  90-91
  3.7 本章参考文献  91-94
第四章 味觉感受细胞模型和仿真的研究  94-128
  4.1 引言  94-95
  4.2 味觉感受细胞离子通道数学模型  95-114
    4.2.1 电压门控Na~+通道  95-101
    4.2.2 电压门控K~+通道  101-106
    4.2.3 酸敏感ASIC通道  106-111
    4.2.4 超极化激活HCN电流  111-114
    4.2.5 漏电流  114
  4.3 全细胞模型及仿真  114-121
    4.3.1 电刺激下动作电位仿真  114-118
    4.3.2 酸味刺激下放电特性  118-121
  4.4 味觉酸味感受细胞模型的测试  121-125
    4.4.1 MEA器件及测试系统  122
    4.4.2 MEA味觉细胞测试结果  122-125
  4.5 本章小结  125
  4.6 本章参考文献  125-128
第五章 味觉单细胞仿生传感器的设计及测试  128-160
  5.1 引言  128-129
  5.2 LAPS芯片及细胞胞外信号检测原理  129-136
    5.2.1 LAPS芯片及其工作原理  130-131
    5.2.2 LAPS芯片与细胞耦合模型  131-132
    5.2.3 LAPS芯片细胞电生理测量原理及测量系统  132-134
    5.2.4 LAPS芯片的制备及性能  134-136
  5.3 酸感受细胞胞外电生理测量  136-147
    5.3.1 味觉细胞在LAPS芯片表面的培养  136-137
    5.3.2 LAPS芯片酸感受细胞胞外电信号测量  137-140
    5.3.3 酸感受细胞胞外电信号仿真  140-144
    5.3.4 LAPS芯片上酸感受细胞荧光成像  144-147
  5.4 苦甜鲜Ⅱ型细胞胞外电生理测量  147-154
    5.4.1 Ⅱ型细胞胞外电生理特性  148-150
    5.4.2 ATP对Ⅲ型细胞的作用  150-152
    5.4.3 LAPS芯片上Ⅱ型细胞荧光成像  152-154
  5.5 本章小结  154-155
  5.6 本章参考文献  155-160
第六章 味觉仿生细胞网络传感器的设计及测试  160-176
  6.1 引言  160-162
  6.2 5-HT敏感的LAPS芯片及其测量原理  162-165
    6.2.1 5-HT敏感的LAPS检测原理  162-164
    6.2.2 5-HT敏感膜的制备及测试系统  164-165
  6.3 舌上皮及味觉细胞在敏感膜上的培养  165-166
  6.4 味觉细胞5-HT释放的胞外检测  166-171
    6.4.1 5-HT敏感的LAPS芯片对5-HT特性检测  166-168
    6.4.2 舌上皮释放的5-HT检测  168-169
    6.4.3 味觉细胞释放的5-HT检测  169-171
  6.5 Ⅱ型和Ⅲ型味觉细胞荧光共标记成像  171-173
  6.6 本章小结  173
  6.7 本章参考文献  173-176
第七章 总结与展望  176-183
  7.1 总结  176-179
  7.2 展望  179-182
  7.3 本章参考文献  182-183
作者简历  183
博士研究生期间发布的论文和成果  183-184

相似论文

  1. 经前舒颗粒对郁怒大鼠不同脑区5-HTR3B表达和5-HT含量的影响,R285.5
  2. 基于碳纳米管复合物膜修饰电极的制备及其在生物小分子检测中的应用,TB383.1
  3. 产前应激大鼠子代耳蜗核GR、SR-1A改变与听力损伤的实验研究,R764
  4. 中药对IBS-D大鼠胃肠动力及内脏感觉调节机制的研究,R285.5
  5. 褶纹冠蚌的脑、足神经节内Glu、GABA、5-HT、ACh和DA能神经元的分布,Q42
  6. 药物(PZQ)压力下日本血吸虫的耐药性诱导及抗血吸虫新药的筛选,R978.6
  7. 睡眠剥夺对大鼠血浆去甲肾上腺素、多巴胺、五羟色胺及认知功能的影响,R363
  8. 生长期籽鹅消化道内分泌细胞的免疫组织化学定位,S858.33
  9. 三黄散治疗毒蛇咬伤肢体肿胀的临床研究,R264
  10. 基于纳米复合材料修饰电极的生物传感器的研究,TP212.3
  11. 柄袋沙蠋不同发育期乙酰胆碱和五羟色胺的免疫组化定位,Q954.6
  12. 嗅觉组织生物传感器及其信号处理,R318.0
  13. 呼出气体及其冷凝物中肺癌标志物及其检测方法的研究,R734.2
  14. 儿童血管迷走性晕厥的临床特征及NO、5-HT、SpO2的变化,R741
  15. 铜抗性全细胞传感器的构建和表达,Q78
  16. 针刀对肩周炎模型家兔不同期炎性因子影响的实验研究,R245
  17. 大学生素质性乐观和悲观神经机制的LDAEP研究,G444
  18. 复方芍甘柔筋汤干预紧张型头痛与抑郁改善的相关性研究,R277.7
  19. 钢铁企业非致死性职业伤害个人心理和生理特征的研究,R13
  20. 砷抗性全细胞传感器的构建与检测,Q78
  21. 强迫症动物模型建立及针刺干预的实验研究,R245

中图分类: > 医药、卫生 > 基础医学 > 医用一般科学 > 医用仿生学
© 2012 www.xueweilunwen.com