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氧化苦参碱通过PGC-1α/ Sirt3通路减轻心衰致肺损伤的研究

申报人:肖宜彤 申报日期:2025-03-16

基本情况

2025创新项目
氧化苦参碱通过PGC-1α/ Sirt3通路减轻心衰致肺损伤的研究 学生申报
创新训练项目
医学
中药学类
学生来源于教师科研项目选题
二年期
心肌梗死作为严重的心功能障碍疾病,常因急性心肌损伤而起,其中肺纤维化是其主要的病理变化,严重威胁患者健康。通过查阅资料,线粒体损伤可能是重要原因,氧化苦参碱对线粒体的损伤修复发挥着重要作用。因此,本研究致力于探究氧化苦参碱通过PGC-1α/ Sirt3通路减轻心衰致肺损伤的机制。 申报者前期已对心梗引发的氧化应激、细胞凋亡、心肌损伤以及线粒体功能障碍等相关病理机制进行了研究。基于此,我们设想氧化苦参碱能够通过上调 PGC- 1α及Sirt3 蛋白水平,调节相关蛋白表达,减轻氧化应激程度,维持心肌细胞钙稳态,修复线粒体膜电位,确保线粒体氧化还原功能正常,为心肌收缩提供能量,从而减轻线粒体损伤,抑制肌成纤维细胞形成,防止细胞外基质过度沉积,最终抑制肺纤维化。 为验证该设想,将开展动物实验构建心梗模型并给予氧化苦参碱干预,同时进行细胞实验观察其对心肌细胞线粒体的作用。PGC-1α/ Sirt3 通路,深入研究该通路的介导作用。 本研究的创新性在于氧化苦参碱通过PGC-1α/ Sirt3 通路减轻心梗线粒体损伤致肺纤维化,有望为临床治疗心梗后肺纤维化提供新的理论依据和治疗靶点。

         负责人肖宜彤在实验室学习,掌握了一些常用实验技术。

  建立心梗模型:通过建立小鼠心梗模型,掌握戊巴比妥钠麻醉剂量与判断标准以及脱毛、消毒、分离组织等操作,能够迅速结扎小鼠冠状动脉左前降支构建模型。

  心脏超声:通过参与小鼠心脏超声实验,熟练掌握异氟烷吸入麻醉操作、小鼠仰卧固定技术,以及胸部耦合剂涂抹、心脏超声探头规范使用等流程,完成小鼠心脏超声检测。

  病理切片:通过参与组织固定及石蜡包埋与切片实验,熟练掌握肺组织取材、固定液固定、乙醇梯度脱水,以及二甲苯石蜡置换、石蜡包埋、水浴展片、载玻片捞片编号及烤片熔蜡等全流程操作。

  免疫荧光:通过免疫荧光实验,熟练掌握石蜡切片制备,抗原修复液微波加热修复抗原的操作;掌握一抗二抗孵育的流程;掌握染液染细胞核、荧光淬灭剂封片,以及共聚焦显微镜观察拍照的技术。

  WB通过WB检测,掌握样品制备、凝胶电泳、转膜、封闭、一抗二抗孵育及显色曝光等实验操作,检测特定蛋白表达水平。

  ⑥ATP检测:通过ATP检测,掌握组织处理技术、标准品梯度稀释及标准曲线绘制方法、检测体系加样,熟悉加入ATP检测标准品、超纯水及样品、完成静置等检测流程。

  以上实验技能的掌握,将进一步支撑了本次氧化苦参碱通过PGC-1α/ Sirt3通路减轻心衰致肺损伤的研究,为后续实验奠定良好基础。

1.“凌霄花对兔心房室结缺血再灌注损伤的保护”,山东省中药管理局项目,2019 - 0456,主持,已完成。
2.“社区居家医养结合养老服务体系可行性研究——以日照市为例”,山东省人文社会科学项目,2021 - ZXJK - 08,主持,已完成。
3.“康养医疗诊所探究与实践的研究”教育部产学合作协同育人项目,202002211001,主持,已完成。
4.“基于学生自主能力提升的《外科学》创新混合教学模式及应用的研究”山东省本科教学改革研究项目,M2023212,主持。
  本项目来源于教师科研项目,指导教师熟悉此研究所用的方法,药学院生物医药平台提供实验所需的设备,指导教师提供基本实验条件,并对此项目的实验设计、实施和论文撰写进行全程指导。
校级

项目成员

序号 学生 所属学院 专业 年级 项目中的分工 成员类型
肖宜彤 药学院 药学(本科) 2024 实验设计,撰写项目计划书
王怡慧 药学院 药学(本科) 2024 数据整理
张露丹 药学院 临床药学(本科) 2024 文献查询
周米乐 药学院 药物制剂(本科) 2024 资料查询
邓涵宇 药学院 临床药学(本科) 2024 数据整理
徐慧玲 药学院 药物制剂(本科) 2024 文献整理

指导教师

序号 教师姓名 所属学院 是否企业导师 教师类型
刘志强 药学院

立项依据

         心肌梗死是严重的心血管疾病,线粒体损伤不仅影响心脏功能,还可能引发肺纤维化等并发症。本研究目的在于:

  1.探究氧化苦参碱通过PGC-1α/ Sirt3通路对心梗线粒体损伤的影响。

  2.探究氧化苦参碱对心肌梗死致肺纤维化的保护机制。

   1.探究氧化苦参碱通过PGC-1α/ Sirt3通路对于心梗线粒体损伤的影响:
  选用健康的实验小鼠,通过手术结扎冠状动脉左前降支的方式构建心肌梗死模型。将建模成功的小鼠随机分为模型组、氧化苦参碱低剂量组、中剂量组、高剂量组,另设正常对照组。对给药组小鼠分别灌胃不同剂量的氧化苦参碱溶液,模型组和对照组给予等量生理盐水。在设定的时间点处死小鼠,取心脏组织。运用 Western-blot技术检测PGC-1αSirt3蛋白的表达水平,通过线粒体分离技术获取线粒体,检测线粒体膜电位、活性氧(ROS)水平以及线粒体呼吸链复合物活性等指标,分析氧化苦参碱对心梗线粒体损伤的作用以及与PGC-1α/ Sirt3通路的关联。
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          2.探究氧化苦参碱对心肌梗死致肺纤维化的保护机制:
  沿用上述构建的心肌梗死小鼠模型及分组。在相同的给药周期后,取小鼠肺组织。一方面,进行病理切片,通过HE染色观察肺组织形态结构变化,Masson染色和天狼星红染色检测肺组织中胶原纤维的沉积情况;另一方面,采用RT-PCR技术检测肺纤维化相关基因如型胶原蛋白、型胶原蛋白、转化生长因子 -β1TGF-β1)等的mRNA 表达水平,利用免疫组化或免疫荧光技术检测相关蛋白的表达定位。同时,检测氧化应激相关指标如丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性等,探讨氧化苦参碱通过抑制氧化应激、调节纤维化相关因子表达来减轻心肌梗死致肺纤维化的具体机制。

  实验过程
  1.动物实验
  实验动物分组:选取602-3个月龄、体重28-32g的昆明小鼠,雌雄不限,随机分为5组,每组12只。分别为假手术组(Sham组)、模型组(Model组)、氧化苦参碱低剂量组(OMT-L组,25mg/kg)、氧化苦参碱中剂量组(OMT-M组,50mg/kg)、氧化苦参碱高剂量组(OMT-H组,100mg/kg)。
  模型制备:采用结扎左前降支的方法建立小鼠心肌梗死模型。
  全部小鼠建模完成后,进行灌胃。给药方式如下:
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  指标检测:
  小鼠心脏胫骨比的测定。
  B超检测:射血分数(EF)、短轴缩短率(FS)、心输出量(CO)、左心室前壁收缩末期厚度(LVAWs)、左心室前壁舒张末期厚度(LVAWd)、左心室后壁收缩末期厚度(LVPWs)、左心室后壁舒张末期厚度(LVPWd)。
  病理切片:进行HEMasson、天狼猩红染色,观察心肌组织形态及纤维化程度。
  血生化指标:检测超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)、乳酸脱氢酶(LDH)、谷草转氨酶(AST)水平。
  ⑤线粒体超微结构观察:用Leica超薄切片机制备超薄标本,醋酸铀和硝酸铅双重染色,通过透射电子显微镜观察线粒体形态变化。
  心肌组织线粒体耗氧率测定:利用海马生物能量测定仪检测,OCR可用pmolO2/ min/ μg线粒体蛋白表示,测定结束后根据仪器自带软件进行分析。
  线粒体膜电位测定:采用线粒体膜电位检测试剂盒纯化线粒体并测定,冰冻切片检测膜电位。
  线粒体总钙测定:运用RT - PCR法检测肌浆网Ca²⁺ - ATPmRNA相对表达量。
  ⑨ATP含量测定:使用Molecular Probes™ ATP含量测试试剂盒检测。取组织加裂解液磨匀浆,煮沸、冲洗、离心后,稀释标准品绘制标准曲线,按操作步骤加样检测,计算ATP含量。
  Western - blotWB检测:检测心肌组织PGC - 1αSirt3TGF - βSmadBcl - 2BaxCaspase - 3蛋白表达及沉默效率。
  定量聚合酶链反应检测:检测心肌组织PGC - 1αSirt3TGF - βSmadCaspase - 3 mRNAGSH含量。
  免疫荧光染色PV两步法检测:检测CD31α - SMATGF - βSmadIL - 6IL - 10

  2.细胞实验
  细胞分离与培养:1-3天新生昆明小鼠的肺组织,在无菌条件下,仔细去除脂肪、结缔组织等非肺实质组织。把肺组织转移至含有PBS的玻璃皿中,将其剪成约1mm³的小块。加入1% II型胶原酶3mL,于37℃水浴中消化45分钟,消化期间不时轻柔振荡。之后加入含10% FBSDMEM培养液来终止消化,以1000r/ min的转速离心5分钟,弃去上清液。用含10% FBSDMEM培养液(低糖DMEML - 谷氨酰胺300mg/ L,双抗100U/ mL)重悬细胞团块,调整细胞浓度后接种于6孔板中,在37℃5% CO₂的孵箱内培养90分钟,通过差速贴壁法去除成纤维细胞,48小时后进行换液操作。
  建立细胞模型:原代培养的昆明小鼠肺细胞在培养约3天后,把培养液换成无糖无血清培养液,然后将其置于缺氧孵箱(94% N₂ +5% CO₂+1% O₂37℃)中进行24小时的缺氧处理,从而建立心梗线粒体损伤致肺纤维化的细胞水平模型。
  细胞转染:20μg冻干粉状的PGC-1α过表达质粒或Sirt3 shRNA质粒加入200μL去离子水中,配制成浓度为0.1μg/μL的转染质粒。利用QIAGEN公司的Effectene Transfection Reagent质粒转染试剂盒,对昆明小鼠肺细胞进行PGC-1α过表达或Sirt3基因沉默的转染。
  实验分组:根据是否进行缺氧处理、转染操作以及药物干预情况,将昆明小鼠肺细胞分为以下组别:正常对照组、缺氧去血清组(H/ SD)、缺氧去血清(H/ SD)+氧化苦参碱低剂量组、缺氧去血清(H/ SD)+氧化苦参碱中剂量组、缺氧去血清(H/ SD)+氧化苦参碱高剂量组。
  指标检测
  线粒体耗氧率测定:利用海马生物能量测定仪检测,以pmolO2/ min/ μg线粒体蛋白表示。
  线粒体膜电位测定:采用线粒体膜电位检测试剂盒纯化线粒体并测定,冰冻切片检测膜电位。
  线粒体总钙含量测定:运用RT - PCR法检测心肌组织钙调节蛋白钙钠交换体(NCX1)和肌浆网Ca²⁺ -ATPmRNA相对表达量。
  ATP含量测定:使用Molecular Probes™ ATP含量测试试剂盒检测。
  WB检测PGC-1αSirt3Bcl-2BaxCaspase - 3蛋白表达及沉默效率。
  定量聚合酶链反应检测PGC-1αSirt3Caspase-3 mRNAGSH含量。
  ⑦免疫荧光染色PV两步法检测CD31α-SMAIL-6IL-10
         国外研究进展
  1.20221224日,美国佛蒙特大学的Evan T. Hoffman教授团队在《Biomaterials》杂志上发表了题为“Regional and disease specific human lung extracellular matrix composition”的文章。该研究通过脱细胞处理和质谱分析,系统比较了非疾病(ND)、COPDIPF患者不同解剖区域(全肺、肺泡、气道、血管)的细胞外基质(ECM)组成差异。研究结果表明,各区域具有独特的ECM特征,主要表现为胶原蛋白和基底膜相关蛋白的差异。COPDIPF患者的ECM组成呈现区域特异性改变。这些发现不仅揭示了疾病相关的ECM重塑机制,还为开发区域特异性生物材料和靶向治疗提供了新的分子依据。
  研究部分内容展示:脱细胞的ND肺保留了原生(即非脱细胞)肺组织学外观,而脱细胞的COPD肺呈现类似于原生COPD肺的空间异质性变化,脱细胞的IPF肺在脱细胞后保持了明显的纤维化和非纤维化区域。

                
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         国内研究进展
  1.20241115日,中国药科大学/延边大学/韩国成均馆大学姜虎林、东南大学李玲共同通讯在ACS Nano在线发表题为“Mitophagy-Enhanced Nanoparticle-Engineered Mitochondria Restore Homeostasis of Mitochondrial Pool for Alleviating Pulmonary Fibrosis”的研究论文。该研究报道了由mitophagy-enhancednanoparticleMito-MEN介导的工程化线粒体,其同步调节功能性和功能失调线粒体以治疗PF。通过负载Parkinm RNA得到线粒体自噬增强纳米颗粒(MEN),静电相互作用有利于MENs锚定健康线粒体以构建Mito-MENMito-MEN通过提高线粒体递送效率增加功能性外源性线粒体的负载量,并促进功能失调的内源性线粒体发生自噬。博来霉素(BLM)诱导的PF小鼠模型中,Mito-MEN修复线粒体功能并有效缓解PF相关表型。该研究为同步调整线粒体稳态提供了有力的工具,并为线粒体相关疾病的治疗提供了一种有效方法。
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          2.2024年,由复旦肿瘤邹海、杭州医学院牟晓洲等人组成的团队在《Journal of Zhejiang University Science B》期刊上发表了题为“Cynaroside regulates the AMPK/ SIRT3/ Nrf2 pathway to inhibit doxorubicin-induced cardiomyocyte pyroptosis”的研究。
该研究聚焦阿霉素(DOX)的心脏毒性问题,DOX作为常用化疗药,却因心脏毒性限制了临床应用。研究团队以金银花中的木犀草苷(Cyn)为研究对象,构建DOX诱导的心脏毒性(DIC)小鼠模型,对治疗组小鼠给予右唑嗪、MCC950Cyn处理,采用多种实验方法探究Cyn的作用。
  如图展示,通过RT-qPCR检测心肌组织中NLRP3ASCGSDMD等焦亡相关基因的mRNA水平,结合NLRP3蛋白的免疫组化分析,显示阿霉素(DOX)会显著上调这些焦亡相关分子表达;而荭草苷(Cyn)处理(低、高剂量组)可抑制DOX诱导的NLRP3ASCGSDMDNEK7IL-18Caspase-1等基因mRNA表达升高,同时降低NLRP3蛋白阳性细胞比例,证明荭草苷能抑制DOX引发的心肌细胞焦亡相关分子表达,对心肌细胞起保护作用。
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  结果显示,Cyn能有效缓解氧化应激、维持细胞凋亡平衡、增强小鼠心脏功能,其作用通过调节焦亡相关基因转录水平实现。机制研究表明,Cyn可调节AMPKPGC-1αSIRT3Nrf2的表达,推测AMPK/ SIRT3/ Nrf2通路在对抗DOX诱导的心肌细胞损伤中起核心作用。

  参考文献
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          1.创新点
  ①本实验聚焦于氧化苦参碱其能否通过PGC-1α/ Sirt3这一特定通路,以及相关上下游因子,上调PGC-1αSirt3的表达水平,在心肌梗死导致的线粒体损伤及肺纤维化进程中发挥作用。目前,氧化苦参碱通过此通路在该疾病关联领域的机制研究相对较少,本研究希望为后续研究开拓新方向。
  ②从中药苦参中提取的氧化苦参碱为切入点,探索其在心血管疾病(心肌梗死)及其并发症(肺纤维化)治疗中的潜力,发挥中医药特色,为心肌梗死及相关并发症的治疗提供新的潜在药物选择和治疗策略。
  2.项目特色
  将中医中药与西医研究方法相结合,以传统中药苦参的活性成分氧化苦参碱为研究对象,结合现代分子生物学技术,揭示其通过调控PGC-1α/ Sirt3通路发挥作用的机制。
  通过动物实验验证了心梗后线粒体损伤与肺纤维化的因果关系,并首次阐明氧化苦参碱通过修复心肌线粒体功能改善肺部纤维化的作用,为心-肺共病的治疗提供了新思路。
          1.技术路线
  ①动物实验
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                                                              summernote-img    

               

  ②细胞实验
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          2.拟解决的问题
  ①线粒体损伤调控机制:明确氧化苦参碱是否能够通过上调PGC-1αSirt3的表达,干预PGC-1α/ Sirt3通路上下游相关因子,减轻心肌细胞内的氧化应激反应。具体而言,探究其能否稳定线粒体膜电位,调节线粒体的能量代谢和钙稳态,抑制线粒体凋亡,进而减轻线粒体损伤,修复膜电位水平,维持线粒体氧化还原的正常功能,防止因ROS过度积累所诱导的心肌纤维化。
  ②肺纤维化改善机制:确定氧化苦参碱能否通过PGC-1α/ Sirt3通路,抑制肺成纤维细胞的过度活化与增殖,减少胶原蛋白等细胞外基质成分在肺组织中的异常沉积,调控促纤维化信号通路,缓解心梗线粒体损伤导致的肺纤维化进程,改善肺组织的结构和功能。

  3.预期成果
  ①恢复心梗小鼠肺功能:氧化苦参碱能够通过调控细胞凋亡相关基因和蛋白表达,减少心肌和肺组织细胞的异常凋亡;降低氧化应激水平,减少活性氧(ROS)的产生并增强抗氧化酶活性;抑制纤维细胞过度活化与增殖,减少胶原蛋白等细胞外基质成分在肺组织中的异常沉积,从而有效恢复心梗小鼠的肺功能。
  ②减轻线粒体损伤与肺纤维化:氧化苦参碱能通过PGC-1α/ Sirt3 通路,上调Sirt3等相关因子的表达及活性。这一过程可减轻线粒体氧化应激,防止ROS过度积累,提升线粒体膜电位水平,优化能量代谢,维持钙稳态,改善线粒体功能,进而抑制心梗引起的肺纤维化进程。
  ③论文发表:基于本研究成果,发表1-2篇高质量学术论文。


























 

    2025.12-2026.02
  进行实验设计,采购实验所需的仪器设备和各类试剂。从济南朋悦实验动物繁育有限公司引进60只昆明小鼠,做好动物饲养环境准备。
  2026.03-2026.09
  动物实验检测指标:
  ①小鼠心脏脏骨比。
  ②B超:射血分数、短轴缩短率、心输出量、左心室前壁收缩末期厚度、左心室前壁舒张末期厚度、左心室后壁收缩末期厚度、左心室后壁舒张末期厚度。
  ③病理切片:HEMasson天狼猩红染色。
  ④血生化:检测SODMDALDHAST
  ⑤观察线粒体超微结构。
  ⑥测定心肌组织线粒体耗氧率、膜电位、ATP含量。
  ⑦RT-PCR法检测肌浆网Ca²⁺-ATPmRNA相对表达量。
  ⑧WB检测:心肌组织TGF-βSmadBcl-2BaxCaspase -3蛋白表达及沉默效率。
  ⑨定量聚合酶链反应法检测:心肌组织TGF-βSmadCaspase-3 mRNAGSH含量。
  ⑩免疫荧光染色PV两步法检测:CD31α-SMAIL-6IL -10
  2026.10-2027.05
  细胞实验检测指标:
  ①线粒体耗氧率、膜电位、总钙含量、ATP含量。
  ②WBTGF-βSmadBcl-2BaxCaspase-3蛋白表达及沉默效率。
  ③PCR检测TGF-βSmadCaspase-3 mRNAGSH含量
  ④免疫荧光染色检测CD31α-SMAIL-6IL-10
  2027.06-2027.09
  根据实验结果和数据分析,撰写论文,阐述研究目的、方法、结果和结论;完善论文,检查数据准确性、逻辑连贯性和语言表达规范性。
  2027.10-2027.12
  准备结题。
                                                    summernote-img
   根据免疫荧光、Western blotWB)及天狼猩红染色结果,氧化苦参碱通过多维度机制减轻心梗线粒体损伤所致肺纤维化:免疫荧光显示,氧化苦参碱显著抑制模型组异常升高的α-SMA(成纤维细胞活化标志物)表达,同时恢复受损的CD31(内皮细胞标志物)表达,表明其可抑制成纤维细胞活化并促进内皮修复;WB结果揭示,氧化苦参碱能剂量依赖性上调PGC-1α/ Sirt3(线粒体功能调控蛋白)表达,同时下调促凋亡蛋白Bax及纤维化关键因子Smad,并恢复抗凋亡蛋白Bcl-2和生存信号蛋白AKT的表达,提示其通过激活PGC-1α/ Sirt3通路抑制细胞凋亡及TGF-β/ Smad纤维化信号;天狼猩红染色进一步证实,氧化苦参碱显著减少模型组胶原沉积,直接验证其抗纤维化疗效。
  综上,氧化苦参碱通过调控PGC-1α/ Sirt3通路改善线粒体功能,抑制氧化应激与凋亡,并阻断TGF-β/ Smad纤维化信号传导,从而有效减轻心梗后肺纤维化。
  以往发表论文情况
  a) Liu Z, Hu Y, Wang Z, et al. The Downregulation of Placental Lumican Promotes the Progression of Preeclampsia. Reprod Sci. 2021;28(11):3147-3154.
  b) Zhi-Qiang Liu, Hong-Bin Zhang, Jian Wang, et al. Lipoxin A4 ameliorates ischemia/ reperfusion induced spinal cord injury in rabbit model, Int J Clin Exp Med.2015 Aug 15;8(8): 12826-12833.SCI)
  c) Liu ZQ, Xing SS, Zhang W. Neuroprotective effect of curcumin on spinal cord in rabbit model with ischemia/reperfusion. J Spinal Cord Med. 2013;36(2):147-15
  d) 刘志强,刘小愉,李首富,等.银杏达莫注射液对家兔房室结缺血再灌注损伤的保护机制[J].中国老年学杂志,2024,44(24):6050-6054.
  e) 刘志强,窦项洁,刘白露,等.银杏达莫注射液对大鼠缺血再灌注损伤的保护作用机制研究[J/CD].中华诊断学电子杂志,2022,10(4):259-265.
         ①已具备条件:指导教师长期从事教学科研工作,在心肌梗死致心肌纤维化相关研究方面经验丰富,对动物实验、细胞培养、生化检测、WB检测及PCR基因检测、透射电镜、共聚焦免疫荧光检测等技术熟练掌握。项目参与人员在老师指导下,掌握了本项目相关的基础知识,能够熟练操作动物建模、细胞培养、染色、病理切片、Western blot检测、免疫荧光染色、PCR等相关实验技术。学校生物医药平台提供了项目实施所需的所有相关设备,学校、药学院、指导老师均对实验大力支持。
  ②尚缺少的条件及解决方法:本项目所需的基本条件均已具备,仅需购买实验动物和相关试剂,便可顺利开展研究工作。

经费预算

开支科目 预算经费(元) 主要用途 阶段下达经费计划(元)
前半阶段 后半阶段
预算经费总额 20000.00 试剂、动物、耗材和论文出版 16500.00 3500.00
1. 业务费 4500.00 项目实验 1000.00 3500.00
(1)计算、分析、测试费 1000.00 项目实验 1000.00 0.00
(2)能源动力费 0.00 0.00 0.00
(3)会议、差旅费 0.00 0.00 0.00
(4)文献检索费 0.00 0.00 0.00
(5)论文出版费 3500.00 发表论文 0.00 3500.00
2. 仪器设备购置费 0.00 0.00 0.00
3. 实验装置试制费 10500.00 购买实验需要的耗材试剂 10500.00 0.00
4. 材料费 5000.00 动物和饲料 5000.00 0.00
结束