一种用于提高细胞中线粒体活性的方法及装置和应用制造方法及图纸

本发明专利技术涉及太赫兹技术领域，尤其涉及一种用于提高细胞中线粒体活性的方法及装置和应用。所述方法包括：使用波长为7‑9μm，辐照度为2‑5mw/cm

【技术实现步骤摘要】
一种用于提高细胞中线粒体活性的方法及装置和应用
本专利技术涉及太赫兹
，尤其涉及一种用于提高细胞中线粒体活性的方法及装置和应用。
技术介绍
线粒体是绝大多数真核细胞内存在的一种双层膜结构的细胞器，在人类生长、发育、代谢、衰老、疾病、死亡以及生物进化等许多方面有着重要的作用。线粒体主要进行两个能量转换过程：三羧酸循环和氧化磷酸化。三羧酸循环可以利用糖代谢产生的丙酮酸来还原生成大量的NADH和FADH，氧化磷酸化是通过线粒体呼吸链利用他们提供的H+来还原O2，生成ATP。线粒体呼吸链是线粒体内进行氧化磷酸化的一组复合物，这些复合物通过氧化还原反应进行电子传递，进而形成足够的质子浓度梯度，然后由复合物Ⅴ(ATP合成酶)生成ATP。由于各种原因所致的线粒体损伤都可以导致呼吸链的功能障碍，从而影响线粒体功能，使其能量代谢发生异常，导致一系列线粒体疾病。现有技术中的线粒体疾病主要包括：线粒体肌病、线粒体脑病、线粒体心肌病、视神经病、聋病、心血管疾病，代谢疾病(如糖尿病、高胆固醇血症等)，神经退行性疾病(如帕金森病、阿兹海默病等)。传统的药物治疗一直是线粒体疾病治疗的主流，然而到了复杂的细胞环境中，药物的靶向性和药效可能大大降低，且药物的专利技术发现过程通常漫长而昂贵。有研究发现，温度会对线粒体呼吸链关键代谢酶的活性产生影响，产生ATP的速率也随之发生调控。吸热物种中，物质代谢释放的热量可确保整个生物体内的内部温度稳定，呼吸底物的氧化释放的部分能量驱动ATP的合成和代谢产物的运输。法国科学家Dominique通过自制的温度敏感型荧光探针发现，在38℃的恒定外部温度下，当人类细胞中的呼吸链(RC)完全发挥功能时，线粒体的温度升高了10℃以上。在50℃或略高于50℃时，各种RC酶的活性最大。在此温度下进行测定时，在完整的线粒体中测得的呼吸链(RC)活性可以增加至三倍。
技术实现思路
为了至少解决现有技术存在的一种问题，本专利技术提供一种用于提高细胞中线粒体活性的方法及装置和应用。第一方面，本专利技术提供一种提高细胞中线粒体活性的方法，包括：使用波长为7-9μm，辐照度为2-5mw/cm2的光在25μm-230μm距离内对所述细胞进行辐照。进一步地，所述提高细胞中线粒体活性为提高线粒体温度、提高线粒体的呼吸率、提高细胞的ATP合成能力中的一种或多种。在现有技术中，太赫兹波科学技术得到了很大发展，已经涉及物理化学、生物医学、航空航天、新波段通讯技术等诸多领域，本专利技术在实验过程中，偶然发现，线粒体对于太赫兹波段内的7-9μm波长的光有特征吸收，在经过一段时间的辐照后(10s以内)，线粒体温度提高，RC酶活性增强，呼吸率上升，并进一步驱动ATP的合成和代谢产物的运输，并且在持续照射100s后，效果趋于稳定。据此，本专利技术提供了使用波长为7-9μm辐照度为2-5mw/cm2的光在25μm-230μm距离内对细胞进行辐照以提高线粒体活性的方法，此方法针对的是细胞中的线粒体，对于正常以及病变的细胞均可以生效，故可以应用于非疾病治疗领域，例如：制备成一种保健装置，该保健装置可以稳定在25μm-230μm距离内辐照度为2-5mw/cm2光功率辐照7-9μm波长的光，可以对正常人体也起到照射区域细胞中线粒体活性升高的作用，同时波长为7-9μm的波具有类似于X射线的穿透能力，而其光子能量只有X射线光子能量的百分之一，不会对活体产生光致电离的损害。在本专利技术中，辐照度影响细胞的温度提升速率，在2-5mw/cm2范围内，细胞不会因辐照度过低而不产生响应，也不会因为辐照度过高而温度提升过快，致使细胞死亡。本专利技术进一步提供一种治疗线粒体疾病的方法，包括：使用波长为7-9μm，辐照度为2-5mw/cm2的光在25μm-230μm距离内对待治疗区域进行辐照。第二方面，本专利技术提供一种用于治疗线粒体的装置，包括：脉冲电源、电磁辐射转换器和载物容器；所述脉冲电源和所述电磁辐射转换器相连接；所述电磁辐射转换器接收所述脉冲电源的脉冲电流后，产生电磁辐射，并进一步将所述电磁辐射传递至所述载物容器中。进一步地，所述电磁辐射转换器通过光纤将所述电磁辐射传递至所述载物容器中；所述光纤一端与所述电磁辐射转换器连接，另一端位于所述载物容器中，并与所述载物容器中的检测物距离为25μm-230μm；所述光纤优选为毫米级的Se化物中远红外光纤，更优选为多模光纤。进一步地，所述光纤靠近所述载物容器的一端的端口还设有四维光纤耦合装置。进一步地，所述四维光纤耦合装置以非球面透镜作为系统的耦合透镜。通过四维光纤耦合装置可以灵活调整光纤发出的光的功率。进一步地，在所述载物容器中，光纤的一端可以在所述载物容器内灵活移动，只要可以在25μm-230μm距离内对目标物进行辐照即可。进一步地，所述载物容器优选为培养皿，培养皿中装载有生物组织，电磁辐射转换器发出7-9μm波长的光通过所述光纤直接对所述生物组织进行辐照，光的辐照强度可以通过脉冲电源进行调整。进一步地，所述载物容器可根据实际需要进行调整，例如用作保健装置的功能来提高细胞活性时，可以将光纤直接对目标区域按照波长和距离的规定直接照射；在需要对患者进行治疗时，可以直接调整光纤的位置，直接辐照患者的待治疗区域。长期以来，可靠的激发光源是制约太赫兹发展的瓶颈之一。近年来随着超快激光以及半导体技术的发展，使得太赫兹脉冲的产生所得以保障，这大大促进了太赫兹波在生物医学领域的研究应用。本专利技术提供的辐照装置可以持续稳定地输出一定波长的太赫兹光。通过本专利技术的装置可以显著升高活细胞内线粒体温度，使用线粒体温度探针MTY对线粒体温度进行表征发现激光照射可在短时间内(1-10s)使线粒体温度发生显著上升。本专利技术进一步提供所述方法和所述装置在制备用于提高细胞活性的保健装置中的应用。本专利技术进一步提供所述方法和所述装置在制备所述用于治疗线粒体疾病的系统中的应用。2017年发表于BioRxiv上的一篇研究报告中，研究人员发现，人类机体细胞线粒体的内部温度在“运行”时温度或可高达50℃，此温度下，在完整的线粒体中测得的呼吸链(RC)活性可以增加至三倍，研究人员还对代谢强于正常细胞的人类皮肤癌细胞、肾癌细胞以及肺癌细胞的线粒体进行了研究，结果表明这些细胞的温度相比预期更高。本专利技术具备如下有益效果：1、本专利技术通过波长为7-9μm，辐照度为2-5mw/cm2的光在25μm-230μm距离内对细胞照射，可以显著提升细胞中线粒体的温度，进而提高细胞活力。2、本专利技术提供了一种7-9μm辐照发生装置，可以在1-10s内使线粒体温度发生显著上升，为治疗线粒体疾病提供了一种更为方便有效的途径，以优化现有的治疗手段。3、波长为7-9μm的波具有类似于X射线的穿透能力，而其光子能量只有X射线光子能量的百分之一，不会对活体产生光致电离的损害。附图说明图1为本专利技术实施例1提供的辐照装置的结构说明图；...

【技术保护点】
1.一种提高细胞中线粒体活性的方法，其特征在于，包括：使用波长为7-9μm，辐照度为2-5mw/cm

【技术特征摘要】
1.一种提高细胞中线粒体活性的方法，其特征在于，包括：使用波长为7-9μm，辐照度为2-5mw/cm2的光在25μm-230μm距离内对细胞进行辐照。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提高细胞中线粒体活性为提高线粒体温度、提高线粒体的呼吸率、提高细胞的ATP合成能力中的一种或多种。


3.一种治疗线粒体疾病的方法，其特征在于，包括：使用波长为7-9μm，辐照度为2-5mw/cm2的光在25μm-230μm距离内对待治疗区域进行辐照。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述线粒体疾病为ATP产生不足，能量代谢异常导致的疾病，优选为心血管疾病、神经退行性疾病、糖尿病、线粒体肌病、线粒体脑肌病中的一种或多种。


5.一种用于治疗线粒体疾病的装置，其特征在于，包括：
脉冲电源、电磁辐射转换器、四维光纤耦合装置、光纤和载物容器；
所...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭晓轩，常超，龙建纲，郑俊哲，谢振丽，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11