本文選題：AFM力檢測(cè) + 細(xì)胞力學(xué)特性�。� 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：癌癥是當(dāng)今最常見的發(fā)病和死亡原因之一,尋找有效的癌癥早期診斷方法和治療手段是醫(yī)學(xué)界的研究熱點(diǎn)。癌細(xì)胞是癌癥的病源,傳統(tǒng)生物學(xué)主要采用定性非定量方法對(duì)其進(jìn)行研究,存在諸多不足。對(duì)細(xì)胞生命過程進(jìn)行基于力學(xué)特性的定量研究被認(rèn)為是癌癥早期診斷和治療的突破性手段,研究細(xì)胞的力學(xué)特性變化,能較準(zhǔn)確的定量表征細(xì)胞的內(nèi)部組織變化以及細(xì)胞的病變程度。原子力顯微鏡(AFM)具有高精度的力分辨率、精確穩(wěn)定的操作和適用于生理環(huán)境的特點(diǎn),是研究細(xì)胞力學(xué)特性的有力工具。由于力學(xué)特性范圍較廣,本文著重選擇對(duì)細(xì)胞生命過程有重要影響的若干力學(xué)特性進(jìn)行研究。癌癥是正常細(xì)胞變異后有絲分裂失常而產(chǎn)生無(wú)限增殖并破壞健康組織的疾病,研究細(xì)胞有絲分裂的力學(xué)特性是研究癌細(xì)胞病變機(jī)理的重要切入點(diǎn)。將AFM搭載在倒置顯微鏡上,實(shí)現(xiàn)對(duì)不同細(xì)胞系有絲分裂時(shí)期細(xì)胞平衡力和中截面面積的定量測(cè)量,通過建立理論模型計(jì)算出細(xì)胞的內(nèi)壓強(qiáng)和體積。實(shí)驗(yàn)過程中將傳統(tǒng)的AFM平面懸臂梁探針改進(jìn)為楔形懸臂梁探針,優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方法,簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ�。研究結(jié)果表明有絲分裂時(shí)期細(xì)胞的平衡力、體積和內(nèi)壓強(qiáng)隨細(xì)胞系的不同而差異顯著,為細(xì)胞水平上的癌癥早期診斷提供參考數(shù)據(jù)。細(xì)胞剛度是區(qū)分癌細(xì)胞與正常細(xì)胞的標(biāo)識(shí)之一,也是醫(yī)學(xué)研究中癌癥病理研究的重要切入點(diǎn)。利用AFM的力成像模式對(duì)生化反應(yīng)過程中細(xì)胞的形貌變化和剛度變化進(jìn)行實(shí)時(shí)定量研究。結(jié)合活細(xì)胞的物理特性,對(duì)前人建立的細(xì)胞剛度測(cè)量理論進(jìn)行分析,將力-位移曲線壓入線的斜率定義為細(xì)胞剛度,通過軟件分析對(duì)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行有效篩選和處理,得到懸浮的人肝細(xì)胞血紅蛋白生成素配體(ephrin-A1)對(duì)前列腺癌細(xì)胞PC3的外部形貌、內(nèi)部骨架和細(xì)胞剛度的改變規(guī)律,結(jié)果表明在骨架重組過程中細(xì)胞剛度未見影響,為細(xì)胞剛度的定量研究提供新的參考信息。細(xì)胞粘附特性的改變是癌細(xì)胞脫離原發(fā)組織向健康組織轉(zhuǎn)移的先決條件,定量研究細(xì)胞粘附力學(xué)作用的分子基礎(chǔ)是研究癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移特性的重要手段。利用單細(xì)胞力譜技術(shù)在生理?xiàng)l件下定量研究細(xì)胞與外基質(zhì)蛋白之間的粘附力學(xué)作用。通過分析單細(xì)胞力譜技術(shù)的力學(xué)原理,提出整合素-外基質(zhì)蛋白分子連接斷裂力與單細(xì)胞粘附力的關(guān)系模型。結(jié)合分子連接解離的力學(xué)原理,測(cè)量并分析在不同的操作參數(shù)下單細(xì)胞粘附特性和細(xì)胞表面單分子粘附特性的變化規(guī)律,揭示細(xì)胞對(duì)外基質(zhì)粘附力學(xué)作用的分子基礎(chǔ),為深入認(rèn)識(shí)癌癥的基本生物學(xué)特性提供了理論依據(jù)。單細(xì)胞力譜實(shí)驗(yàn)操作的復(fù)雜性導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效率不高,為提高實(shí)驗(yàn)效率,研制具有聚二甲基硅氧烷(PDMS)分區(qū)模型的樣品基底,分別利用AFM掃描刮除法和光漂白法對(duì)分區(qū)模型進(jìn)行性能檢測(cè),成功將這種帶有分區(qū)模型的樣品基底應(yīng)用于單細(xì)胞力譜實(shí)驗(yàn)。實(shí)現(xiàn)了在單細(xì)胞力譜實(shí)驗(yàn)中同一細(xì)胞對(duì)四種不同外基質(zhì)蛋白的粘附力的測(cè)量,提高實(shí)驗(yàn)效率和可靠性,節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本,為該實(shí)驗(yàn)技術(shù)的工程應(yīng)用打下基礎(chǔ)。癌細(xì)胞的粘附連接調(diào)節(jié)與癌癥的擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。用單細(xì)胞力譜技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)生物技術(shù),以測(cè)量粘附力的方式發(fā)現(xiàn)并定量研究ephrin-A1誘導(dǎo)的前列腺癌細(xì)胞PC3與I型膠原蛋白的粘附連接增強(qiáng)現(xiàn)象,得到粘附連接增強(qiáng)的交互對(duì)話(crosstalk)信號(hào),實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞內(nèi)生物信號(hào)的定量研究。前列腺癌常易發(fā)生骨轉(zhuǎn)移,PC3細(xì)胞是前列腺癌骨轉(zhuǎn)移后的細(xì)胞,而I型膠原蛋白是人體骨骼的主要組成成份,因此可知ephrin-A1的作用可以改變前列腺癌細(xì)胞PC3的骨轉(zhuǎn)移特性。
[Abstract]:Cancer is one of the most common causes of disease and death today. To find effective methods and methods for early diagnosis and treatment of cancer is a hot topic in the medical field. Cancer cells are the source of cancer. The traditional biology mainly uses qualitative and non quantitative methods to study it, and there are many not enough. Quantitative research is considered as a breakthrough method for early diagnosis and treatment of cancer. The study of changes in mechanical properties of cells can accurately quantify the internal tissue changes of cells and the degree of cell lesions. Atomic force microscopy (AFM) has a high precision of force resolution, precise and stable operation and the characteristics of the physiological environment. A powerful tool for studying the mechanical properties of cells. Because of the wide range of mechanical properties, this paper focuses on the study of several mechanical properties that have important effects on cell life processes. Cancer is a disease that produces infinite proliferation and destroys healthy tissue after normal cell mutation, and studies the mechanical properties of cell mitosis. It is an important point to study the mechanism of cancer cell lesion. AFM is carried on an inverted microscope to measure the balance force and the area of the middle section of cell lines in the mitosis of different cell lines. The internal pressure and volume of the cells are calculated by establishing a theoretical model. In the experiment, the traditional AFM plane cantilever beam probe is improved to be a wedge. The results show that the balance force, volume and pressure of cells in the mitotic period vary significantly with the cell lines, and provide reference data for the early diagnosis of cancer at the cell level. Cell stiffness is one of the identification of cancer cells and normal cells, and is also a medicine. An important breakthrough point in the research of cancer pathology in the study. Using the force imaging model of AFM, the change of cell morphology and stiffness in the biochemical reaction process is studied in real time. The theory of cell stiffness measurement established by the predecessors is analyzed in combination with the physical characteristics of living cells. The slope of the force displacement curve is defined as the cell rigidity. Degree, through the software analysis, the experimental data were effectively screened and processed to obtain the external morphology, the internal skeleton and the cell stiffness of the suspended human hepatocyte hemoglobin ligand (ephrin-A1) on the prostate cancer cell PC3. The results showed that the cell stiffness was not affected during the skeleton regrouping, and it was the cell stiffness. Quantitative research provides new reference information. Changes in cell adhesion characteristics are the preconditions for cancer cells to transfer from the primary tissue to healthy tissues. The molecular basis for quantitative study of cell adhesion mechanics is an important means to study the metastatic characteristics of cancer cells. By analyzing the mechanical principle of the single cell force spectrum technique, the relationship model of the adhesion force of the integrin - External matrix protein molecules connected to the single cell adhesion was proposed, and the single cell adhesion properties and the cell surface single - cell surface were measured and analyzed in combination with the mechanics principle of molecular connection dissociation. The change law of molecular adhesion characteristics reveals the molecular basis of the adhesion mechanics of the extracellular matrix, which provides a theoretical basis for understanding the basic biological characteristics of cancer. The complexity of the single cell force spectrum experiment results in the low efficiency of the experiment. In order to improve the efficiency of the experiment, the polymethylsiloxane (PDMS) zoning model is developed. The sample substrate was tested by AFM scan curettage and photobleaching respectively. The sample substrate with the zoning model was applied to the single cell force spectrum experiment. The measurement of the adhesion of the same cells to four different extracellular matrix proteins in the single cell force spectrum experiment was realized to improve the efficiency and reliability of the experiment. Sex, saving the experimental cost, laying the foundation for the engineering application of the experimental technology. The adhesion regulation of cancer cells is closely related to the diffusion and metastasis of cancer. Using the single cell force spectrum technique instead of traditional biological technology, the ephrin-A1 induced prostate cancer cells PC3 and I collagen are detected and quantified by the method of measuring adhesion force. PC3 cells are the cells of bone metastasis of prostate cancer, and I type collagen is the main component of human skeleton, so that the effect of ephrin-A1 can be seen. To change the bone metastases of PC3 in prostate cancer cells.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH742

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