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东方科技论坛第314次学术研讨会
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磁生物学与磁医学前沿研讨会
  由上海师范大学承办的东方科技论坛第314期研讨会于2018年9月18日在上海沪杏科技图书馆举行。中科院上海生化细胞所徐国良院士以及上海师范大学生命与环境科学学院黄继荣教授共同担任本次会议执行主席,来自全国相关领域的50多位专家参加了本次研讨会。

  地球是一块巨大的磁铁,在地表产生0.25~0.65高斯的地磁场。现有的研究表明许多生命具有感知并利用地磁场的能力。例如,动物能利用地磁场进行准确导航,或按地磁场方向筑巢、打洞或者睡眠等,这种能力被称为“第六感的磁觉”;有意思的科学家们还发现固着生长的植物也能对磁场变化作出各种相关的响应;最迷人的发现莫过于磁细菌了,磁细菌通过感知地磁场的变化发现自己最合适的生存环境。因此,在生物进化过程中,磁场很有可能作为一个重要的环境因子被整合到生物适应环境变化的机制中。

  随着现代科技的发展,人类接触到的各种磁场及其不同强度的环境也越来越多,包括稳态磁场(磁场强度不随时间而变化的磁场,例如磁铁、地磁场、磁共振仪)和动态磁场(手机或微波炉等产生的不同频率的磁场)。大量研究结果显示稳态静磁场影响人体电流分布、电荷微粒运动、肌膜系统的通透性以及生物大分子的磁矩取向等,具有活血、化淤、消肿、止痛、消炎等功效,并作为一种辅助手段应用于一些肿瘤等慢性病人治疗,也称之为磁疗。另外,人体器官例如心脏和大脑本身也会产生微弱的磁场。目前,利用人体器官磁场而研发出来的心磁图与脑磁图已经广泛应用于健康检查与疾病诊断,例如冠心病、心肌梗塞以及脑肿瘤等。随着我国经济的持续高速发展和人民生活水平的不断提高,近年来磁疗与磁保健行业也越来越受到人们的关注,并获得了迅速发展,未来市场潜力巨大。

  然而,生物感知磁场的分子机构及其信号转导途径仍然很不清楚。迄今,获得相关实验的支持生物磁感应假说有以下两个:基于“磁铁颗粒的磁感应假说”和“光化学依赖的自由基对磁感应假说”。根据磁铁颗粒假说,磁感应细胞能够产生纳米级的呈线性排列的磁小体(磁性颗粒),在运动中感知磁场方向。磁铁颗粒能直接与离子通道相连或者通过膜蛋白或膜脂与细胞膜相连。当受到磁场作用后,磁铁颗粒产生扭矩力,导致磁铁颗粒发生位移而调节离子通道活性,或者通过细胞膜张力变化而影响离子通道的状态。目前,在鸽子喙上部皮肤的巨噬细胞和趋磁螺旋菌中均发现了磁铁颗粒。自由基对假说模型中,认为蓝光受体隐花色素蛋白是磁受体蛋白的唯一候选者。隐花色素在蓝光诱导下能产生两个电子自旋方向相反或平行的单重态和三重态自由基对,而自由基对具有磁敏感性,在磁场作用下单重态与三重态的比例发生变化从而产生一系列的生理生化过程。在动物中,已经证明隐花色素蛋白是生物感受磁场所必需蛋白。

  综上所述,虽然生物磁感应机制研究取得了可喜的进展,发现了磁场能调控某些生物大分子如细胞骨架微管、磷脂双分子层以及一些蛋白质的结构与活性,但由于不同实验使用的磁场参数的差异,也不乏看到文献中报道的磁生物学效应及对磁疗效果的不稳定,甚至是矛盾的。因此,亟需从事物理、化学、生物和医学等各领域研究的科学家们之间进行交叉合作与交流,阐明生命响应磁场的分子机制,为磁生物学的应用奠定坚实的理论基础。
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