溴化乙啶(ethidium bromide,EB)作为杂环类有机物,对生物体的损伤可以达到基因水平,具有很强的生物毒性。但是目前对EB的生物毒性还缺乏具体的实验数据证明,特别是从纳米水平来研究EB对生物大分子及细胞的损伤作用。此外,作为成体干细胞的一种,人骨髓间质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)具有多向分化潜能,对MSCs细胞骨架及超微结构的研究有助于进一步了解其多向分化功能。 本文基于原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)的超高分辨率及无损伤成像,对EB致DNA、染色体、细胞的损伤作用进行了比较全面的研究,实现了中国仓鼠卵巢(Chinese hamster ovary,CHO)细胞有丝分裂过程及MSCs骨架与超微结构的可视化,讨论了染色体制备过程中胰脢作用时间的差异对染色体结构的影响。 具有创新性的成果有:(1)首次从纳米水平表征了EB的生物毒性,结果表明EB不仅可以导致遗传物质DNA及染色体形态结构的损伤,还可以造成细胞膜结构的破坏,这表明EB的作用既是基因水平的,也是细胞水平的。EB对染色体及细胞的损伤作用呈剂量依赖型。在短期内,EB对细胞的作用主要表现为对细胞膜结构的破坏。(2)根据AFM对CHO细胞有丝分裂的跟踪观察结果,可将CHO细胞分裂相的中、后期分别细分为三个和两个亚期,这对传统的有丝分裂知识是一个有益的补充。(3)染色体制备过程中胰腌作用时间的不同对染色体结构影响较大,当作用时间超过30s时,染色体出现“三链”赝像。对AFM而言,作用时间在10s左右为宜,而不是用于一般显微技术观察的30s。(4)实现了MSCs细胞骨架的可视化,观察到了许多与其分化功能有密切关系的特化结构,如树枝状、鱼尾状及爬山虎脚样骨架结构和细胞伪足等,为MSCs的临床应用提供了有价值的试验数据。