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系统生物学应用范文1
【关键词】大学生；武术学习策略；调查
武术是我国的国术，是高校重要的体育教学内容之一。在武术教学的过程中发现，湖南工业大学学生(以下简称湖工大学生)对武术学习策略的掌握存在两种缺陷：一是部分学生缺乏武术学习策略，二是部分学生不会有效地使用武术学习策略。通过调查了解湖南工业大学学生掌握武术学习策略现状，针对他们的具体情况，优化湖南工业大学学生武术学习策略，不仅能提高他们武术学习的效率，而且对他们步入社会后自学各种武术套路受益匪浅。因此，调查并传授湖南工业大学学生武术学习策略，对他们掌握科学的体育锻炼方法，实现大学体育教育向终身体育教育对接具有重要的意义。
一
、武术学习策略的定义2002年推出的《全国普通高等学校体育课程教学指导纲要》(以下简称纲要)指出：大学生体育课程是以身体练习为主要手段，达到增强体质，提高体育素养的目标。依据学习策略的理论，结合纲要相关内容，我们将武术学习策略定义为：学习者在武术学习过程中，为掌握武术基本功、武术套路动作、武术图解知识而进行有效学习的步骤、规则、方式、方法及调控手段的总和。武术学习策略主要包括认知策略(学习方法)和元认知策略。认知策略指学习者用在编码、储存、提取、运用等认知过程中的认知方法或技能。元认知是指对自己的认知加工过程进行监控、调节、评估等。武术学习策略具有高度的概括性、迁移性和广泛的适应性，在武术学习能力的形成和发展中起着重要的作用。
二、研究对象与方法
(一)研究对象湖南工业大学非体育专业武术选项班2009、2010级学生共216人，其中文科生98人，理科生118人。
(二)研究方法
1．文献资料法：主要查阅的文献资料有：教育心理学、体育心理学、体育统计、武术、学习策略等方面的著作及相关资料。
2．调查法
①问卷的设计本研究以张绍礼编制的《体育大学生体育技能学习策略量表》为基础，增加了将武术图解知识转化为技能知识的学习策略，结合了新课程改革所提倡的自主、合作、探究性学习方式，编制了《湖工大学生武术学习策略调查问卷》。此问卷共分为三个内容：武术基本功学习策略、武术套路学习策略、武术图解知识学习策略。
②调查问卷的效度及信度
访谈了沈阳市体育学院、湖南师范大学教育学院心理学专家及湖南工业大学体育学院民族传统教研室教师。经客观检验和主观评价的多次修改后，确定调查问卷内容。经专家效度检验，证明调查问卷所列各题能反映所要调查的内容，具有较高的效度。运用重测法对问卷进行了信度检验，两次的相关系数为0．782，说明检验结果具有高度的可靠性。
③调查问卷的发放与回收
本研究采用分层抽样的方法，2009年12月，抽取了湖南工业大学2008、2009级武术选项班的学生进行调查。试卷所有的问题都用陈述句表述。试卷为三点量表，分别是：A，经常使用这种策略；B，偶尔使用这种策略；C，从不使用这种策略。发放试卷216份，回收有效问卷200份，有效回收率为92．6％。
3．统计法：所有调查数据用SPSS10．0进行统计分析。
三、湖工大学生武术学习策略应用现状与分析(一)武术基本功的学习策略湖工大学生学习武术基本功时，最常用的学习策略首先是结合手法进行步型、步法的学习，经常使用这种策略的占57．5％，偶尔使用这种策略的占26．5％；其次是为掌握好基本功，经常进行身体素质练习，经常使用这种策略的占42％，偶尔使用这种策略的占25．5％；最后是对不同类型的基本功，采用不同的学习方法，经常使用这种策略的占4O．5％，偶尔使用这种策略的占26％。
但是湖工大学生在武术基本功的学习策略的使用中，存在以下几个问题：一是从不利用课外时间进行基本功的学习和锻炼占66％。基本功又是武术学习的基础，基本功不扎实，武术套路动作就不可能练好。
仅靠上课时间对进行基本功的学习，基本功提高起来就较慢，因此，课外要加强基本功的练习。二是从不根据自己身体素质和技能状况，制订武术学习计划的大学生有65％。在调查中我们得知：湖工大学生普遍认为学习计划应由老师来制订，体育老师怎么要求，他们就怎么练习，这说明学生在体育学习中缺乏主动性。三是从不做静力练习巩固步型的共有59．5％。一方面是由于学生腿部力量差，静力练习不能坚持较长的时间；另一方面，体育教师对静力动作的练习不够重视，因此，选择率低。
转贴于 (二)武术套路动作的学习策略
湖工大学生在武术套路的学习中，使用得较多的策略依次有：一是通过观察别人的动作反省自己的错误，经常使用这种策略的占31％，偶尔使用这种策略的占43．5％；二是我知道武术动作的攻防意识，经常使用这种策略的占28．5％，偶尔使用这种策略的占42．5％；j是我能依靠自身的感受纠正错误动作，经常使用这种策略的占27．5％，偶尔使用这种策略的占41％；四是我经常与同学相互学习，相互纠正错误，经常使用这种策略的占35％，偶尔使用这种策略的占27％。
湖工大学生在武术套路的学习中，存在的问题有：一是不能口述动作要领的占64％。在体育学习过程中，为了掌握好新的体育知识和动作技术，达到长期记忆的目的，口述动作要领是必须的，在老师的指导下将动作要领简化为口诀、顺口溜，有利于学生对新的体育信息进行编码记忆。二是记不住动作名称的占6l％。
在武术分段练习或整套动作练习时，很容易忘记动作。
动作名称的学习非常重要，它对武术套路的学习起着提纲挈领的作用，能将套路中的动作形成一个知识网络图，只要记住了动作名称，可随时从网络中提取信息为套路练习服务。三是不能将学过的体育知识运用到新知识的学习中的占52％。主要原因是：一方面部分体育教师认为体育学习成绩取决于学生天生的身体素质的好坏，因而忽视了体育学习策略的迁移教学；另一方面，在体育课堂上，教师教授新动作时，学生们只是机械地模仿教师的动作，然后进行强化练习，而未能将教师传授的体育知识内化，灵活运用到其它体育知识的学习上来。
(三)武术图解知识的学习策略
湖工大学生在学习武术图解知识较好的是：知道图解中的箭头表示什么动作方向的占56．5％。其余几种策略使用较差：62．5％的学生从未在学习复杂的武术图解知识时，先练手法，后练步法，再进行完整练习；2011，牛弟lU期冒埋讲九·59％的学生从未在学习武术图解知识时，按照学习动作名称、动作路线、动作要领的顺序进行的；57．5％的学生课后从未通过看图解知识自学过武术动作。总之，湖工大学生学习武术图解知识方面的能力较差，说明他们将体育理论知识转化为技能知识的迁移能力不强。
四、结论与建议
(一)结论调查表明，将近有60％的武术策略，经常或偶尔使用的大学生在50％以上，说明湖工大学生掌握体育学习策略总体情况较好。但从调查的情况看，湖工大学生在武术基本功的学习中，在利用课余时间自觉锻炼、制定学习计划、巩固步型方面存在欠缺；在武术套路的学习中，记忆策略及迁移策略较差；在自学武术图解知识的过程中，将体育理论知识转化为技能知识的迁移能力比较薄弱。
(二)建议
1．加强武术学习策略的传授。
湖南工业大学学院体育教师应根据武术教学内容、大学生的年龄特征、认知特点和学校的条件合理地选择、运用武术学习策略，并将武术学习策略的多种范式传授给学生。
2．加强武术学习策略的反馈与调控。
在武术学习过程中，将学生分组进行练习，教师指导等方法，大学生们通过自我反馈与他人反馈，调控自己的学习策略。
3．学会武术学习策略的迁移。
在武术学习过程中，通过教师的启发、师生之问、生生之间的交流，对新学武术知识的特征进行分析，联系相关旧知识的武术学习策略，达到迁移武术学习策略的目的。
系统生物学应用范文2
非线性科学与复杂性学科（NSC）近期活跃在非线性物理与数学领域中。近年来，包括非线性动力学、混沌、不连续系统、分形动力学、经济学、社会与生物系统和许多明显无关联的学科中的重大成就证明了这是NSC的表现范式。
本书收录了一系列文章，展现了非线性与复杂性科学最近的发展、发现和成就。收录到的文章意在展示最基础和最前沿的理论与技术，同时刺激更多的优秀学者开展对非线性和复杂性科学的探索与研究。被收录文章的研究重点在基础理论和原理、分析和象征性方法，以及在非线性物理科学和非线性数学中的计算技术。
本书分为三部分，第一部分为非线性与复杂性动力学：物理系统中的应用：1.太阳系中的自然运输机理；2.能实现有效的低能耗低冲力月球转移的一种新的方法；3.太阳扰动下的地月场景中的低能量地晕转移；4.双循环模型与耦合循环限制性三体问题近似解之间的关系；5.应用于航天器重构中的自适应网格重划分；6.椭圆限制性三体问题中相空间的制图研究：于太阳-木星-小行星系统中的应用；7.为了吸附与解吸的动力学数据确定朗格缪尔模型的参数；8.悬浮沉淀物对湍流边界层结构的影响；9.比较二元反应与三元反应的波茨模型的重正化群理论研究；10.CaX6（X=B或C）的力学性能；11.一种智能型垃圾分类机器人的系统设计；12.证明畸形波事件中波相一致性的证据；13.不考虑电荷情况下的兰姆位移的量子力学处理；14.用基于中心的分类方式来分类土耳其气候带；15.利用光流法来确定积雨云的移动；16.南极洲欺骗岛福斯特港口的水动力模拟。
第二部分为非线性与复杂性动力学：生物系统中的应用：1.一个环形拓扑刺激性环境中的特征选择神经元场方程的局域活动状态；2.用容积环测定呼吸系统中的内在分形动力学。
第三部分为非线性与复杂性动力学：金融系统中的应用，这一部分包括以下内容：1.运用模糊逻辑来预测项目支出；2.为什么你必须考虑在金融数学中的自引发优化方法；3.税收最大化关税模型中一个合适的不确定角色；4.利率的期限结构能预测通货膨胀与现实经济活动：来自土耳其的非线性证据？5.股票市场指数的多维尺度分析。
本书适合学者、研究员和学有余力的想要利用非线性物理与数学来开发新工具与产品与研究复杂性问题的人员阅读。
系统生物学应用范文3
关键词：计算系统生物学；教学；医学院校；课程
生命系统高度复杂,成千上万的基因相互作用,形成复杂的调控网络,继而完成特定的生物学过程。传统生物学实验从单个基因角度出发,探索生命现象或者疾病致病机制,忽略了系统中各个层面的交互、支持、整合等作用,限制了生物学研究的发展。随着高通量测序技术的发展,海量组学数据(基因组、转录组、蛋白质组、表观组、互作组等)的涌现,以及生物信息整合分析技术的开发,计算系统生物学应运而生[1]。计算系统生物学是生物信息专业本科生基础课程。自哈尔滨医科大学2003年开设生物信息专业以来,计算系统生物学一直是该专业学生的主干课程,经过多年的理论与实践教学,笔者将探讨该课程相关内容和教学方法,以期提高教学质量。
1计算系统生物学课程简介
计算系统生物学是一门新学科,以生物信息学为基础,以计算为工具,从系统的角度解决生物学和医学问题。计算系统生物学研究流程首先是实验数据的获得,其次是利用计算生物学建立生物模型。科学家把计算系统生物学分为“湿”的实验部分(实验室内的研究)和“干”的实验部分(计算机模拟和理论分析)。“干”和“湿”实验的完美整合才是真正的计算系统生物学[2]。计算系统生物学的核心是整合,包括三方面：将系统内不同性质的构成要素(基因、mRNA、蛋白质、生物小分子等)整合在一起进行研究；从基因到细胞、到组织、到个体的各个层次的整合；研究思路和方法的整合(水平型和垂直型整合)。计算系统生物学与其他学科密切相关,如生物信息学、分子生物学、数学、计算机[3]。计算系统生物学不仅仅渗透到医药领域,也已经广泛应用到能源领域,工业生产、畜牧农林业等等。
2教学现状
计算系统生物学课程总学时数目是60学时,包括42学时理论学时和18学时实验学时。一般开设在本科三年级。该课程授课教师质量优,是从生物信息学方向毕业的博士,具有生物背景和数学背景,常年从事复杂疾病的系统生物学方面的研究。由于该课程在医学院校开设,必然需要一些具备计算机和算法良好基础的优秀教师参与授课,这样才能使得该课程具有良好的师资结构,保证好的授课效果。目前,据不完全统计,全国有30余家生物信息学专业开设计算系统生物学课程。不同背景的院校开设该课程,侧重点各有不同。工科院校侧重算法的开发和模型的建立。医学院校侧重生物学问题和疾病机制的探索。
3教学内容
目前没有规范的、成熟的中文计算系统生物学课程教材,均是授课教师编写的讲义。授课教师根据专业背景、专业人才培养定位,紧跟专业前沿研究内容,制定教学大纲和教学计划,包括理论课和实验课。教学大纲包括理论课每一个学时的授课内容(掌握和熟悉的内容)、教学基本要求、教学重点和难点。实验课需要明确实验名称、实验内容、实验目的和要求、实验程序、结果分析等。计算系统生物学的实验制定以理论为基础,将理论应用于时间,旨在提高学生动手操作能力。
4教学模式
4.1理论与实践结合
计算系统生物学课程依赖于专业基础课的内容,例如:组学的知识点、网络知识点、概率论、数理统计、计算机编程等。对于理论课,主要采用教师主导的传统讲授方法,运用PPT等多媒体授课,以弥补书本教材抽象、呆板的缺点。在授课课件中需要利用大量图片生动、形象地展示当前计算系统生物学研究领域的最新进展。收集或制作动画、视频教程在课堂上进行演示。从数据搜集、数据分析、数据综合、建立模型、干实验模拟、系统分析模型、提炼假设和预测,到最后的实验验证。这是一个经典的计算系统生物学分析流程。在理论知识的基础上,需要及时在实验课堂上进行实践。指导学生理解不同算法的基本原理,结合生物学问题,深入浅出地阐明计算系统生物学精髓。由于实验课课时有限,需要引导学生课后积极思考、探索有意思的生物问题,鼓励学生自己实践小课题,活学活用。鼓励学生自学,拓展知识面,积极关注最新科研动态,培养学生学习兴趣。
4.2案例式授课
计算系统生物学课程的理论知识是枯燥的,计算系统生物学是一门多学科交叉的科学,涉及的知识面广而深。例如:计算系统生物学涉及到数学知识,如贪婪算法、图算法、组合模式匹配、聚类和树、隐马氏模型、随机化算法等[4]。又如,涉及广泛的生物学知识点,必须有分子生物学、生物化学、细胞生物学知识储备。如何提高学生学习的积极性,学会将不同的知识点融会贯通的运用起来,是一个关键问题。在授课过程中,针对不同的教学内容和教学目的,需要采取不同的教学方法。因此,采取案例式方法授课,可以收到很好的教学效果。例如:在肿瘤系统生物学这部分知识点授课时,以肺癌为例,整合突变、拷贝数、甲基化等多维度分子改变识别肺癌相关基因[5]。首先,学生需要了解肺癌这个疾病的背景知识,了解不同分子改变的内涵；其次,要获得肺癌患者的数据,需要到公共数据库,如TheCancerGenomeAtlas等,搜集不同分子改变数据并进行处理；然后,根据一定的生物学假设,建立统计模型,应用到肺癌数据上；最后,进行癌基因的预测和验证。通过案例,引导学生思考,将不同的知识点进行融合利用,收到良好的教学效果。
4.3科研教学一体化
计算系统生物学是一门新学科,知识处于不断更新中。教师在授课过程中需要引导学生学会检索文献、阅读前沿英文文献,重视学生的创新思维,提高学生学习的积极性。我院实行学业导师制,学生在大三年级进入各位老师研究的课题组。那么,在授课过程中,授课教师需要注重引导学生将理论知识应用到解决科研问题上,将科学研究和教学一体化,以科研促进教学,学以致用,让学生感受到学到的知识的用处。这样学生对课程内容会产生兴趣,兴趣是最好的老师,这将有助于学生创新思维的训练和科研时间能力的培养。
5结语
总之,计算系统生物学教学目的是从大数据中挖掘有用的生物信息,并整合起来从整体上认识生物系统；用数学模型为生物系统建模,揭示生物机制和致病机制[6]。大数据时代下,精准医学的发展必然离不开计算系统生物学。通过该课程的授课,培养复合型的学生,提高学生的学习积极性、实践操作能力和解决实际问题的创新能力。同时,对我们任课教师也提出了更高的要求。授课教师需要不断提高自身素质,包括科研能力、教学水平等,积极和同专业的教师进行交流,不断地探索和完善计算系统生物学课程教学,培养具有跨越数理科学、生命科学、信息科学、医学等不同领域的优秀生物信息学人才。
参考文献
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[4]王兵,姚益平,邢飞.计算系统生物学中并行随机仿真方法研究进展[J].计算机工程与科学,2010,32(9):134-139.
[5]张百红,岳红云.肿瘤的系统生物学观点[J].中国肿瘤临床,2012(16):1233-1235.
系统生物学应用范文4
【摘要】
目的： 研究不同粒径磁性纳米FeOx在外加磁场作用下对肝癌细胞增殖、凋亡的影响。方法： 采用共沉淀法制备得到不同粒径FeOx，将不同粒径FeOx吸附于细胞表面，并加载静磁场(SMF)及100 Hz交变磁场(EMF)照射。运用CCK8检测纳米粒子吸附后在外加磁场作用下Bel7402细胞增殖情况，运用流式细胞仪检测细胞凋亡、死亡率及细胞周期变化。结果： 不同粒径磁性纳米FeOx在SMF照射时间低于72 h时能使Bel7402细胞增殖速度增快，当照射时间大于72 h时，细胞增殖速度未发生明显变化但部分细胞发生凋亡，凋亡率为(3.1±0.78)％。而经EMF照射后37 nm FeOx吸附细胞增殖被抑制，细胞周期实验结果表明大部分细胞被阻滞在G0/G1期，细胞出现大量死亡与凋亡，凋亡率达到(23.34±3.6)％、死亡率达到(57.24±2.7)％。结论： 纳米粒子未有外加磁场照射时不能对细胞产生明显的影响，外加SMF照射时，细胞的增殖及DNA代谢未发生明显的变化，但细胞发生凋亡；外加EMF照射时，细胞增殖被抑制并发生明显的凋亡及死亡，细胞DNA代谢明显紊乱，且具有较小粒径的磁性纳米FeOx在EMF作用下对肝癌细胞影响最为显著。
【关键词】 磁性纳米FeOx； 增殖； 凋亡； DNA周期
［Abstract］Objective: To study the effects of different diameters of nano FeOx powders on proliferation and DNA metabolism of heptomacell lines Bel7402.Methods： Different diameters of nano FeOx powders were utilized to dope the heptomacell lines Bel7402 through the coprecipitation meanings， then cells were exposed by static magnetic field(SMF) and extremely low frequency altering magnetic field(EMF) with 100 Hz. After exposed by external fields， CCK8 kit was used to detect the effects on proliferation of cells caused by nano powders. Apoptosis kit and DNA cycle kit was used to detect the effects caused by nano FeOx of cell apoptosis， death and cell DNA cycle metabolism. Results： Different diameters nano FeOx could not influence the cell at all under SMF exposure but could influence the cells under EMF， when the diameter was 37 nm the highest apoptosis and death ration were (23.34±3.6)％ and (57.24±2.7)%， respectively， and the most of cells were prohibited in G0/G1 period of DNA cycle. Conclusion： nano powders could not influence the cells at all without external magnetic field exposure. Under SMF exposure the proliferation and DNA metabolism of cells absorbing by nano powders were not influenced， but the apoptosis ratio of cells was increased. After exposure by EMF cells absorbing by nano powders could be affected in proliferation， apoptosis and DNA metabolism，furthermore， all the effects were more obvious in the cells absorbing by nano powders with little diameter under EMF exposure.
［Key words］magnetic nano FeOx； proliferation； apoptosis； DNA cycle
磁性纳米材料具有良好的磁导向性、较好的生物相容性、生物降解性和活性能基团等特点［1-3］，它可结合各种功能分子，如酶、抗体、细胞、DNA或RNA等，因而在靶向药物、控制释放、酶的固定化、免疫测定、DNA和细胞的分离与分类等领域可望有广泛的应用。磁性纳米材料特别是Fe属纳米颗粒已经被广泛应用于药物靶向治疗及干细胞定向移植治疗中［4］。当粒径在30～200 nm之间时，矫顽力和饱和磁化强度均达到最大值，且具有单畴特性。目前已有纳米磁性氧化铁等颗粒作为药物或干细胞载体用于肝癌动物实验的研究，但对磁性纳米氧化铁粒子本体对人体研究相对较少［5］。本研究以肝癌细胞Bel7402为对象，观察不同粒径磁性纳米FeOx在外加磁场作用下对其生物学特性的影响，旨在为FeOx用于治疗肝癌提供实验依据。
1 材料和方法
1.1 试剂及仪器
肝癌细胞株Bel7402购自中国科学院上海细胞库。静磁场发生仪为两块强磁场稀有金属镍/铁永磁体，当两块磁体间距为2.5 cm时其场强为0.7特斯拉（T）。TYU2002H II型特斯拉计/高斯计为上海亨通磁电科技有限公司产品。变频仪(FT1000型)为南京万臣电子有限公司产品，变压器(PT800型)为上海富济电子公司产品。胰蛋白酶、Primilar1640培养基、胎牛血清(FBS)购自Gibco公司，二甲基亚砜(DMSO)购自美国Sigma公司，维生素C、青霉素、链霉素为杭州四季青公司产品。CCK8试剂盒为美国ADL公司产品，细胞凋亡及周期试剂盒均购自美国BD公司。FeSO4、醋酸锌均为分析纯，购自南京化学试剂有限公司。扫描电镜(SEM)型号为HITACHIX650，X射线衍射仪(XRD)型号为Philips X′pert XRD system型。
1.2 方法
1.2.1 磁性纳米FeOx的制备
运用共沉淀法［5］以FeSO4及醋酸锌为反应物，反应在乙醇、水（1∶3）混合溶剂中进行并加入质量百分比为2％的甘油，制备得到醋酸亚铁前驱体，前驱体粉末灼烧温度为400℃，灼烧4 h后得到FeOx粉体，10 000 r/min离心30 min，得到上下两层不同粒径粉末，经SEM及XRD实验确定其粒径及成分组成。SEM实验前样品用超声清洗仪超声分散10 min。XRD实验条件为：扫描速率为2θ/min，测定纳米粉体XRD谱。
1.2.2 磁性纳米FeOx吸附细胞实验
将不同粒径纳米FeOx加入到细胞培养瓶中与细胞共同培养。纳米粒子吸附细胞方法为：将细胞消化成细胞悬液并调整细胞浓度大于105个/ml，再将不同粒径纳米粒子加入到细胞悬液中并在恒温摇床中匀速振荡30 min，摇床摇速为200 r/min。振荡完成后将细胞置于细胞培养箱中培养。细胞培养2 d后经SEM实验确定磁性纳米FeOx结合效率。
1.2.3 细胞培养
细胞种植到含10％FBS PIMIRIER 1640培养基的培养瓶，放置在37℃，5％CO2培养箱持续培养。细胞传代时用胰蛋白酶消化细胞成细胞悬液，磷酸盐缓冲液（PBS）1 500 r/min 15 min离心洗涤2次，用含10％FBS 1640培养基重悬细胞后种植细胞，每次细胞种植浓度应大于105个/ml。细胞临时保存在-70℃超低温冰箱，永久保存在液氮罐中，细胞冻存液配比为DMEM∶FBS∶DMSO=7∶2∶1(体积比)，细胞冻存浓度应高于106个/ml。
1.2.4 磁场照射细胞方法
静磁场(SMF)照射细胞方法为：将细胞培养瓶置于两块永磁体之中，同时置于细胞培养箱中培养，每间隔12 h照射1次，每次照射30 min，直至84 h。100 Hz交变磁场(EMF)照射细胞方法为：将细胞培养瓶置于离工作线圈顶端2 cm，经特斯拉计测量磁感应强度为0.67 mT，每间隔4 h照射1次，每次照射30 min，直至40 h。照射完成后，细胞用胰蛋白酶消化成细胞悬液进行各种检测。
1.2.5 CCK8细胞增殖实验
按试剂盒提供实验方法进行。首先取出96孔酶标板，依照次序对应分别加入50 μl的标准品于酶标板微孔中，分别标记样品编号，将50 μl细胞培养悬液（2.5×104个/ml）加入到酶标板中；在标准孔和样品孔中加入100 μl的酶标记液，36℃孵育1 h，将溶液倾出， PBS清洗5次后每孔加入底物A，B液各50 μl，36℃下避光孵育反应15 min后加入终止液50 μl，终止反应。测定450 nm的光密度值。每隔12 h重复进行以上步骤，72 h得到细胞增殖数据绘制细胞增殖曲线。
1.2.6 细胞凋亡、死亡及周期实验
细胞凋亡及周期实验均在流式细胞仪上完成，均按试剂盒提供实验方法进行。凋亡实验方法为：将细胞用胰蛋白酶消化成细胞悬液，并用PBS洗涤2次并将细胞浓度重悬调整为106个/ml。染色过程为首先用微量移液枪移取20 μl细胞悬液，然后用AnnexinV加入到细胞悬液中并避光静置15 min后将PI染料加入并静置30 min，染色完成后上机实验。细胞周期实验方法为：首先按凋亡实验相同方法处理细胞以待上机检测，染色方法为将试剂盒内A，B，C，D 4种试剂按顺序分别加入到细胞悬液中，避光静置时间均为15 min。染色完成后上机实验。流式细胞仪实验条件为：细胞进样流速中速，前向角补偿电势为56 V。
1.2.7 统计分析
实验结果用±s表示，使用SPSS13.0软件进行统计分析，采用单因素方差分析，以α=0.05为检验水准。
2 结果
2.1 纳米FeOx表征实验结果
SEM及XRD实验结果表明两种粒子的平均粒径分别为37，70 nm左右，粒子形状为不规则球形（图1，2）。根据Scherrer 公式：D=Kλ/βcosθ，其中D为粒子粒径，K为形状因子，λ为X 衍射的波长，β为衍射峰的半峰宽，θ为衍射角。经XRD实验结果证明粒子中Fe，O两种元素的比例为1∶1.12。图3为2种FeOx与Bel7402细胞吸附情况，图中FeOx为黑色颗粒，FeOx与Bel7402细胞发生了较为明显的吸附，37 nm粒子更易于在细胞表面吸附，表现为每个细胞表面吸附粒子数量明显增加。
(a)37 nmFeOx(×30 000倍）(b)70 nmFeOx(×10 000倍)
2.2 细胞增殖实验结果
不同粒径纳米FeOx在未经磁场照射时并未对细胞增殖产生明显的影响，细胞经SMF照射其增殖在磁场照射初期速度变快，当照射时间超过72 h后增殖未发生明显改变(相对对照组)。 经EMF照射后两种粒子吸附细胞的增殖均被抑制，当EMF照射时间为5 h时细胞增殖抑制率达到最大，37nm FeOx抑制率达到（76.31±2.3）％，70 nm FeOx抑制率为（53.56±5.2）％。
2.3 细胞凋亡及死亡实验结果
从表1可见，凋亡率、死亡率3组间比较差异无统计学意义，说明未经磁场照射的纳米粒子不能导致细胞死亡及凋亡。表2可见37 nm和70 nm FeOx吸附细胞经SMF照射达到60 h后，细胞发生凋亡，当照射时间为72 h时37 nm FeOx吸附细胞的凋亡率为（3.13±0.78）％，70 nm FeOx吸附细胞的凋亡率仅为（1.25±0.23）％。而未经磁场照射37nm FeOx吸附细胞的凋亡率为（0.01±0.03）％，70 nm FeOx吸附细胞的凋亡率为（0.02±0.04）％，未经FeOx吸附细胞的凋亡率为（0.01±0.02）％。表1 37 nm和70 nm FeOx吸附细胞自然生长凋亡率及死亡率，Tab 1 Apoptosis and death ration of Bel7402 absorbed by different diameters nano FeOx（略）；表2 37 nm和70 nm FeOx吸附细胞经SMF照射细胞凋亡率及死亡率，Tab 2 Apoptosis and death ration of Bel7402 absorbed by different diameters nano FeOx exposed by SMF（略）。
表3表明随着EMF照射时间的延长，细胞凋亡率随之增加，当照射时间达到5 h时其凋亡率最大，37 nm FeOx吸附细胞的凋亡率为（23.34±3.6）％，死亡率（57.24±2.7）％。而70 nm FeOx吸附细胞的凋亡率为（12.54±6.7）％，死亡率为（37.28±4.2）％。当照射时间超过5 h后，细胞凋亡率增速变慢。表3 37 nm和70 nm FeOx吸附细胞经EMF照射凋亡率及死亡率，Tab 3 Apoptosis and death ration of Bel7402 absorbed by different diameters nano FeOx exposed by EMF（略）
2.4 细胞周期实验结果
从表4可见，37 nm和70 nm FeOx吸附细胞自然生长细胞周期，与未经处理Bel7402细胞作比较，无统计学意义，与凋亡实验结果相符，表明FeOx吸附细胞并不能影响细胞周期代谢。表5表明当细胞被纳米粒子吸附并在外加SMF照射下细胞DNA代谢未发生紊乱，在SMF照射初期细胞处于S，G1期细胞比例增加，细胞增殖变快，与细胞增殖实验结果吻合，当照射时间超过72 h后细胞处于G0期含量增加，细胞进入增殖静止期。凋亡实验结果表明此时细胞发生明显的凋亡，表明细胞凋亡通路被激活，细胞增殖可能被抑制。表4 37 nm和70 nm FeOx吸附细胞自然增殖细胞周期实验结果，Tab 4 Proliferation results of Bel7402 absorbed by different diameters nano FeOx（略）；表5 37 nm和70 nm FeOx吸附细胞经SMF照射细胞周期实验结果，Tab 5 Proliferation results of Bel7402 absorbed by different diameters nano FeOx exposed by SMF（略）。
表6表明，37 nm和70 nm FeOx吸附细胞在外加EMF作用下，细胞DNA代谢均发生明显变化，细胞周期中G0/G1值增加， 照射5 h时37 nm粒子吸附细胞值为（91.6±1.3）％，而70 nm粒子吸附细胞值为（63.5±2.4）％，细胞增殖被抑制。表6 37 nm和70 nm FeOx吸附细胞经EMF照射细胞周期实验结果，Tab 6 Proliferation results of Bel7402 absorbed by different diameters nano FeOx exposed by EMF（略）。
3 讨论
磁性纳米材料已经被用作药物或干细胞的载体用于各种疾病的靶向治疗［6］，但现有研究多集中于纳米粒子与药物或干细胞的吸附研究，对磁性纳米粒子本体在外加磁场作用下对细胞或生物体影响的研究较少，本研究即以磁性纳米FeOx在外加磁场作用下对肝癌细胞Bel7402的影响为研究对象。
我们采用共沉淀法制备得到的纳米FeOx粒子的平均粒径分别为37 nm及70 nm且粒径分布均匀。粒子形状为不规则球形，XRD实验结果表明粒子的表面有较多的空间位隙，导致粒子中两种元素的化学计量比不规则，其Fe与O计量比为1∶1.12。已有研究表明具有晶格缺陷的纳米粒子更容易吸附小分子物质或更容易吸附在其他物质表面［7］，本文合成得到的纳米粒子具有较多的晶格缺陷，实验用纳米FeOx较易在细胞表面发生吸附。
细胞增殖实验表明，37 nm和70 nm FeOx吸附在细胞表面后在SMF照射条件下，细胞增殖速度在照射初始阶段增加，当照射时间超过72 h后细胞发生凋亡，但增殖速度未发现明显变化，可能由于FeOx吸附细胞后在SMF照射条件下更易沉降到细胞培养瓶底部。纳米FeOx并不能影响细胞的正常分裂与增殖，同时SMF照射细胞也不能引起细胞发生改变，与文献报道结果类似［8］。EMF照射细胞能抑制细胞增殖，细胞增殖时间明显延长，当EMF照射时间达到5 h后，EMF照射FeOx吸附细胞抑制达到最大。比较两种FeOx吸附细胞在EMF照射条件下细胞增殖结果可以得出，37 nm FeOx粒子对细胞的增殖抑制更为显著，表明纳米FeOx在EMF照射下能很好地抑制肝癌细胞的增殖。
EMF照射细胞本身能影响细胞的增殖，导致细胞早期凋亡以及细胞DNA代谢发生紊乱和DNA双链断裂［9］。本研究表明，纳米粒子吸附到细胞表面后在外加EMF作用条件下这种影响更为明显，具有更小粒径的FeOx在EMF作用下对细胞凋亡的影响更为显著。同时，随着EMF照射时间增加，FeOx吸附的细胞DNA代谢发生紊乱，大部分细胞被阻滞在G0/G1期，同时处于S期的细胞含量减少，表现为明显的S期和G2 期阻滞。
纳米粒子在吸附到细胞表面后可一定限度地改变细胞表面电势，EMF同样能改变细胞表面的电势而导致细胞发生凋亡等生理现象［9，10］。两种外加因素对细胞的影响有明显的叠加效果，纳米FeOx在外加EMF作用下发生明显的振荡现象能较大程度改变细胞膜表面的电势分布，从而改变Na+，K+，Ca2+等离子通过细胞膜表面的速度和方向，Ca2+代谢与细胞的凋亡相关，Na+，K+与细胞死亡和DNA代谢相关［10］。同时，纳米FeOx在磁场作用下发生振荡能导致明显的热效应［11］，导致细胞发生凋亡或死亡以及导致细胞DNA发生明显的代谢紊乱。37 nm FeOx在外加EMF作用下对Bel7402的影响更为明显，在EMF作用下振荡更为剧烈［12］。
综上所述，不同粒径磁性纳米FeOx吸附在细胞表面并不能影响细胞的增殖，也不能导致细胞发生凋亡或DNA代谢紊乱；在SMF照射时，在磁场照射初期能提高吸附有纳米粒子的细胞增殖速率，当照射时间达到72 h时能导致细胞发生凋亡；在EMF照射时，吸附有纳米FeOx细胞的凋亡及死亡率急剧变大，表明磁性纳米粒子与EMF对细胞的作用有叠加效果，具有较小粒径的纳米FeOx在EMF作用下对细胞的影响更为剧烈。磁性纳米FeOx在外加EMF作用下能很好地抑制细胞的增殖。对纳米粒子在细胞表面的吸附率、与细胞的融合以及对细胞膜表面电势的影响及热效应还需进行更为深入的研究。
参考文献
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系统生物学应用范文5
麝香保心丸系统生物学研究
系统生物学是生命科学研究由分解至整合、由实验科学至定量预测的学科。中医药现代研究要揭示中医药治疗作用的物质基础和作用机理，则须使用系统生物学研究方法，一方面可以发现中药复方物质内在关系，另一方面可以明确治疗过程中中药复方物质作用机制。目前，系统生物学主要研究模式为基因组学、蛋白质组学和代谢组学等多种组学及整合的系统网络研究模式。其中，整合化学物质组学为一种研究中药化学物质与人体相互作用的新方法。
麝香保心丸化学物质组学研究 有关麝香保心丸的整合化学物质组学研究目的：揭示该药的药效物质群与作用机理；建立完善的质量控制体系；阐释药物安全性及配伍解毒作用机制；形成组分配伍新组方和开发组分配伍新药。
麝香保心丸药材多指标成分定量指纹图谱研究显示了蟾酥等药物成分（如羟基华蟾毒基脂、蟾毒灵、华蟾毒基和脂蟾毒配基）的剂量水平，并且为蟾酥及其制剂的安全用药提供参考。
麝香保心丸指纹图谱研究 研究通过高效液相色谱法（HPLC）及气相色谱法（GC），建立了牛黄、蟾酥等多种药材的指纹图谱，这为药材及制剂的质量控制提供了理论依据，有助于对不同来源的药材进行质量管理。麝香保心丸组效关系研究证实，该药治疗冠心病、心绞痛是多种有效成分通过多环节、多靶点发挥作用。
麝香保心丸作用机制研究 基因组学研究表明，麝香保心丸对心肌梗死有明显的治疗作用，具体包括：①麝香保心丸降低大鼠乳酸脱氢酶（LDH）、肌酸激酶（CK）活性，减轻心肌损伤程度；②缩小梗死范围；③促进梗死边缘区心肌小血管生成，增加心肌供血。
动物试验显示，对于冠脉结扎大鼠，麝香保心丸能降低心肌梗死大鼠血清LDH和CK活性；对缺血心肌有明显保护作用，并且麝香保心丸可有效缩小心肌梗死面积。
麝香保心丸配伍减毒研究既往研究表明，蟾酥含有数十种脂溶性活性和毒性成分（统称蟾蜍毒素）蟾蜍毒素既是蟾酥的有效成分又是毒性成分，这些成分对心脏的作用明显。因此，在冠心病治疗中，降低中药制剂中蟾蜍毒素的毒性作用、提高其疗效，具有十分重要的临床意义。
蟾酥中蟾毒配基是强心作用的主要成分，蟾毒配基化学结构与植物强心苷相似，既增加心肌收缩力，同时对心率有抑制作用，可以引起迷走神经过度兴奋，导致房室传导阻滞和心律失常；蟾酥中的儿茶酚胺类化合物可引起各器官组织微小血管剧烈收缩，导致组织缺血缺氧，从而产生一系列病理生理变化。
与单用蟾酥组相比，含等量蟾酥的麝香保心丸组大鼠心率和代谢状态更接近正常对照组，提示麝香保心丸中的部分成分（麝香、人参提取物、苏合香、牛黄、肉桂和冰片）可能减弱蟾酥的毒副作用，发挥了复方配伍减毒作用。此外，麝香保心丸可能通过矫正心肌能量代谢中脂质代谢而有效维持心脏正常生理功能。
麝香保心丸血管新生研究
促进治疗性血管新生的方法包括促血管生长因子应用、激光心肌血运重建、干细胞移植及药物干预等方法。
目前，研究最广泛的2个血管生成生长因子家族为血管内皮生长因子（VEGF）和成纤维细胞生长因子（FGF）。作为一种生理性和病理性血管新生调节因子，VEGF是一种内皮细胞特异性有丝分裂原和活体血管新生诱导者。
VEGF因其对内皮细胞作用的特异性而被广泛应用于心肌缺血的研究。有关FGF研究显示，对于急性心肌梗死的狗、猪或大鼠等，冠状动脉内注射FGF显著缩小心肌梗死面积，缺血或促进梗死心肌内毛细血管及小动脉数目增加。
中西医结合治疗冠心病具有一定特色，“芳香温通”类药物麝香保心丸作用于“脉”，可以快速扩张冠状动脉、保护血管内皮、抑制血管壁炎症和促进治疗性血管新生。
关于内皮细胞研究提示，麝香保心丸能够促进培养的牛肾上腺微血管内皮细胞增殖并形成管腔结构。体外研究亦证实，麝香保心丸具有促进鸡胚绒毛尿囊膜（CAM）血管生成作用。
麝香保心丸促血管新生的可能机制为，增加内皮细胞释放VEGF和FGF，提高VEGF与FGF的mRNA表达；降低血管生长抑制因子表达水平；提高内皮祖细胞（EPCs）迁徙、黏附和形成血管能力。研究证实，麝香保心丸还具有双向调节作用，即在促进缺血心肌血管新生的同时，通过保护内皮、抑制炎症、改善缺氧等因素抑制斑块内血管新生。
中西医结合治疗冠心病的创新之路
系统生物学应用范文6
1 病证结合是一种有价值、有前途的个体化诊疗方法
个体化治疗(individualized drug therapy)是以每个患者的信息为基础决定治疗方针，这在一定程度上可以看做是，通过一定的方法对疾病进行细分，然后针对患者实施精确治疗。传统中医的治疗特点是辨证论治，现代化的中医采用病证结合的方法，这实际上是对疾病采用证候进行的细分。
与其他个体化诊疗不同，中医辨证论治方法的有效性经历了数千年的临床检验，这些先验性的知识，为疾病治疗提供了丰富的方案和实际的效果，至少在短期内，是非常有价值的。
2 个体化诊疗的参考信息类型和生物标志物的类型
个体化诊疗的参考信息类型和生物标志物的类型有许多。比如，肿瘤个体化诊疗可以依据TNM,ER,PR,cerbB-2,病理分级,年龄,合并症,生活状况评分,治疗反应等来实施。肿瘤的发生是一个多基因发生改变的过程，高度异质性。可能涉及DNA水平的变化，癌基因和抑癌基因的表达变化，蛋白水平的变化。而这些变化的最终结果是导致细胞的行为学变化，恶性生长和远处转移，在基因的表达谱上做些工作，进行分子病理的分级再进行治疗，这是863计划支持的若干研究的理论依据。
慢性乙型肝炎也有复杂的个体差异。免疫差异：年龄、感染时期；特异和非特异的免疫状态，遗传差异：性别、家族，病毒差异：感染水平、病毒异质性。
与症状和体征等信息比较，生物标志物的研究受到了比较多的重视。其中，肿瘤生物标志也可分为血清生物标志、组织生物标志、分泌物(唾液、痰液、尿液)生物标志。血清生物标志最具吸引力，因为其在任何时候均容易获得；含有大量的生物信息(如低分子量的血清多肽组，Peptidome)。基因组、蛋白组和代谢组标签是生物技术发展的体现。他们和血清生物标志的优点以后我们还要进一步阐述。
3 证候病理生理学的分类方法和特征
3.1 笔者在以前的研究中提出，证候的学科属性是病理生理学。
而且这种病理生理学是以内环境自稳态的变化为主要研究对象的病理生理学。它具有以下特征：全域，动态，整体，模块化，topdown建模。
全域是指它以整个内环境的各种成分为建模的数据源，当然，从技术上考虑，血液或者血清更具可行性。
动态是指它以内环境各种成分的周期性波动为对象建模，是动力学建模。
整体是指内环境在人体分子、细胞、组织、器官、系统、整体这几个层次中，着重的是整体这个层次。
模块化是指，系统生物学研究中，系统的组成是分层次的,尽管很难认同模块的具体组成,但是几乎所有的生物学家认为生命现象在任何水平是都是由功能、结构模块组成。尽管这些对系统模块化的探索还是比较表面的,但是我们已经意识到对网络即系统进行模块化的研究是具体认识复杂网络功能的一个重要途径。毫无疑问,对复杂的生物系统进行更深入的功能和结构层次的研究以及识别与疾病和肿瘤相关的具体结构模体和功能模块会是系统生物学发展的另一个重要方向。
我们依据祖国医学藏象证候理论把内环境分为五个功能模块。
topdown建模是指，中医藏象证候的建模是topdown式的建模。阴阳五行不仅是哲学思想，也一种极为重要的数学模型。数学模型方法在中国传统科学和祖国医学中有广泛的应用，从无极生太极、太极生两仪(阴阳)、两仪生四象五行的模式看，中医对系统的划分是“从上向下”的，即所谓的topdown建模。[1]-[5]
3.2 上面这些证候病理生理学的特点，在今天的现代医学中越来越多的表现出来，采集如下。汤敬东、景在平《主动脉夹层的个体化分型与治疗》：“主动脉夹层是因血液动力学和血管管壁病理生理学共同作用而形成的，而患者又存在着显著个体差异，……而目前临床的分型，都是一种静态解剖学的分型，不能满足个体化诊疗的要求；只有采用动态的病理生理性分型(NxVYBZ分型)，才能做到个体化治疗。”[6]
董宝玮《腹部超声造影序论》：“(九)问题及前景基础知识及研究缺乏-本质认识模糊洞察力小；正常脏器超声造影研究缺乏；异常之基础是正常；病灶功能性研究不同于结构性研究；思维准备不足，知识准备不足。
结构性研究功能性研究；点、固定研究过程、动态研究；时间多参量，变化多因素。建立方法：多参量动态综合数学模型。
超声谐波造影成像-亚微观低速血流灌注状态：反映组织细胞功能状态-功能性诊断。功能性诊断独立于病理诊断不仅发现早期病变及鉴别诊断有价值，并且了解病灶的生理状态有意义指导个体化治疗有重要价值。生存时期、生活质量、最佳平衡点。”
4 基于大型数据库的病证结合的个体化诊疗
中医经常被看做是经验医学，可是，我们现在用中医师个人经验积累这种刀耕火种式的经验，怎么能与已经工业化和正在信息化现代医学进行竞争与合作，所以，笔者近来经常强调，中医的个体化诊疗应该基于大型数据库，比如正常人体解剖数据库，正常人生理常数数据库；以及在这些数据基础上的中医模型。没有强大的技术和资金支持，中医的方法和理念是缺乏竞争力的，也是对人民健康的不负责。
参 考 文 献
［1］ 林宇春.赵宏杰.对本体论证候认识论论证候的诊断内容及疾病分类学解读.当代医学,2008:24.
［2］ 李富仁,赵宏杰,雷钧涛,等.中医系统生物学研究几个关键问题.中医药临床杂志,200，20（1）.
［3］ 张华.张笑波.赵宏杰 证的量化与临床数据的定性的方法学理论基础.
［4］ 林宇春.赵宏杰.张学斌.略论藏象内环境自稳态学说.中国中医基础医学杂志,2008:08.
