飞秒激光调控线粒体动态研究

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1、飞秒激光调控线粒体动态研究ManipulationofMitochondrialDynamicsBasedonFemtosecondLaser学科专业：光电子技术研究生：王胤涛指导教师：王清月教授贺号副教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一四年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的

2、任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日我是爱天大的！！学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要线粒体作为广泛存在于真核细胞中的一种细胞器，不仅可以

3、为生命活动提供必要的能量，同时在维持细胞离子稳态，诱发或引导细胞凋亡过程中起到了重要的作用。同时，为了维持细胞的正常生理活动，线粒体本身存在多种形态学代谢过程（分裂，融合，转运等）。由于细胞核内或线粒体内基因引起的线粒体异常，也是多种神经退行性疾病（阿兹海默症，帕金森氏病等）的诱因之一。但是由于传统技术手段在时间和空间分辨率上的限制，线粒体损伤引起的细胞病理变化很难实现实时控制与观测。因此，引发上述线粒体疾病的分子生物学过程很难得到清楚的阐释。在本文中我们将提出一种利用飞秒激光精确调节线粒体部分生理活动的方法

4、。通过将飞秒激光耦合至共聚焦显微镜物面，我们可以实现对细胞甚至细胞器的精确刺激，该方法在时间和空间分辨率上较传统的药理刺激有了极大的提高。同时，线粒体或细胞在飞秒激光作用下可以表现出多种生理或病理反应，这些生理或病理反应也可以在共聚焦显微镜或其他观测手段的观测下自发地在细胞内发生。因此，本方法可以通过对细胞器的精细刺激来引发或模拟细胞正常的生理或病理变化，并且具有很高的可控性。因此本方法在传统分子生物学水平上极大地提高了细胞刺激的时间和空间分辨率，为直接观测或精确测定细胞内的分子过程提供了全新的手段。最后，通

5、过将本方法与传统的生物学手段相结合，本文提出了一种线粒体急性形变的分子生物学模型，为进一步解释线粒体新陈代谢过程中所出现的各种生理现象（如分裂-融合过程及线粒体超氧炫爆发）及其生理学意义提供了一定的方法及理论基础。关键词：飞秒激光；生物光子学；线粒体疾病；活性氧簇；线粒体通透性转换孔；线粒体活性氧簇1ABSTRACTMitochondrionisawidely-existedorganelleineukaryoticcells.Itcannotonlyprovidenecessaryenergyforcell

6、ularmetabolismbutalsoserveasakeyroleinmaintainingionhomeostasisandmediatingcellapoptosis.Meanwhile,mitochondrionitselfhasvariousmetabolicstasisincludingfission,fusionandtransportation.Alltheseprocessarecrucialindecidingcellfate.Mutationsinmito-DNAscouldinit

7、iatemitochondrialabnormalitiesandeventuallyleadtomitochondriarelatedneurodegenerativediseasessuchasParkinson’sDiseaseandAlzheimer'sDisease.However,duetothedefectsinspacialandtemporalresolutionofthetraditionalresearchtechniques,itisquitehardtoobservethepatho

8、logicalprocessinvitroandinvivo,whichresultsinobscurityofmolecularprocessforsuchdiseases.Inthisthesis,wewillintroduceanoveltechniqueinprecisemanipulationofmitochondrialdynamicsbyfemtosecondlaser.Bycoupl