【摘要】：癌細胞的轉移是一個復雜、多步驟且隨時空級聯(lián)動態(tài)變化的過程，是超過90%的癌癥患者死亡的原因。癌細胞轉移實質上也是癌細胞與其周圍微環(huán)境相互作用的過程，受其周圍微環(huán)境中多種生物化學和生物物理學因素的影響。 基質力學作為一個重要的微環(huán)境因素而備受關注�；|力學性質對細胞行為的影響，目前研究較多的是基質的“硬度”對細胞行為、結構和功能的調節(jié)。在胞外基質力學對癌細胞轉移的影響方面已取得的研究結果表明，基質的力學特性對癌細胞轉移過程具有與生化因子同等重要的作用：近來的大量研究結果都顯示不僅細胞的行為、結構和功能受到細胞外基質硬度的調節(jié)，而且基質硬度對于大量生理功能或是病理功能的發(fā)揮都起著重要的作用。但是細胞外基質是一種粘彈性材料，除了通常意義上的“軟-硬”的概念外，，基質的粘性分量，即描述其與細胞相互作用的能量損耗部分，勢必也應對癌細胞的遷移產生影響。另外，前期的研究中細胞主要培養(yǎng)在二維平面上并且采用的基底材料也多為人工合成材料。進行體內研究雖更真實但又會影響因素眾多且難于控制、難于直接觀察。 所以為了在接近生理病理狀態(tài)的立體微環(huán)境中時空可控的考察天然基質粘彈性對癌細胞轉移這一級聯(lián)動態(tài)的多步驟過程的影響。本研究首先用旋轉流變儀對三種不同濃度的膠原凝膠粘彈性進行了定量分析。結果表明膠原凝膠的粘彈性隨著膠原凝膠中膠原蛋白濃度的增加而增大。從而確定了通過膠原濃度調節(jié)膠原這種天然細胞外基質材料粘彈性的可行性。然后在Carlos P. Huang等人的研究工作基礎上結合膠原凝膠技術構建了一種針對癌細胞轉移的微流控系統(tǒng)，即微流控癌細胞轉移研究模型，該模型能完整地實現(xiàn)以下功能：（1）實現(xiàn)腫瘤細胞的立體培養(yǎng)；（2）能在細胞外基質中形成生化因子濃度梯度分布，并且能定量分析；（3）可以調節(jié)細胞生長的細胞外基質材料的理化特性，實時定量跟蹤考察細胞與胞外基質材料相互作用過程中的動態(tài)變化。最后本研究利用構建的微流控癌細胞轉移實驗平臺，基于第一部分的研究結果，調節(jié)癌細胞生長的胞外基質的粘彈性，利用免疫熒光和實時觀測的方法考察了不同粘彈性的胞外基質對HepG2細胞的形態(tài)和活性、骨架裝配、侵襲和遷移的影響。細胞生物學研究結果顯示在本研究所考察的范圍內，HepG2在軟的、粘性低的膠原凝膠中的活性比硬的、粘性高的膠原中的活性低；在硬的、粘性高的膠原中細胞骨架較軟的、粘性低的膠原凝膠中；而遷移和侵襲速度隨著膠原粘性和彈性的升高而降低。 這些結果表明，本研究成功構建了一個能夠為細胞培養(yǎng)提供模擬體內生理或病理的微環(huán)境并且能夠實現(xiàn)對癌細胞對其周圍微環(huán)境響應實時監(jiān)測的微流控癌細胞轉移模型。生物學的研究結果表明，膠原的粘彈性對HepG2的形態(tài)和活性、骨架裝配以及侵襲和遷移能力有一定的影響。
[Abstract]:The metastasis of cancer cells is a complex, multi-step and time-to-empty cascade, and is the cause of the death of more than 90% of the cancer patients. The metastasis of cancer cells is also a process of the interaction between the cancer cells and its surrounding microenvironment, which is influenced by a variety of biochemical and biophysical factors in the surrounding microenvironment. The matrix mechanics is regarded as an important micro-environmental factor. Note: The effect of the mechanical properties of the matrix on the behavior of the cells is more than that of the "hardness" of the matrix on the behavior, structure and function of the cells. The results of the study on the effect of extracellular matrix mechanics on the metastasis of cancer cells have shown that the mechanical properties of the matrix have the same important role as the biochemical factors in the transfer of cancer cells: recent studies have shown not only the lines of the cells, The structure and function are regulated by the hardness of the extracellular matrix, and the hardness of the matrix plays an important role in the function of a large number of physiological functions or pathological functions. The extracellular matrix, however, is a viscoelastic material, in addition to the concept of "soft-hard" in the general sense, the viscous component of the matrix, that is, the energy loss component that describes its interaction with the cells, is bound to also produce a shadow on the migration of the cancer cells. In addition, in the previous study, the cells were mainly cultured on the two-dimensional plane and the substrate material used was also a synthetic material. In-vivo studies, though more realistic but also have a large number of factors and are difficult to control, are difficult to view directly Therefore, in order to study the multi-step process of the dynamic multi-step transfer of the natural matrix viscoelastic to the cancer cells in a three-dimensional micro-environment, which is close to the physiological and pathological state, In this study, the viscoelasticity of three different concentrations of collagen gel was determined by a rotary rheometer. The results show that the viscoelasticity of the collagen gel increases with the collagen concentration in the collagen gel. Thereby determining the viscoelastic properties of the natural extracellular matrix material that modulate the collagen through the collagen concentration. Feasibility. Then, on the basis of the research of Carlos P. Huang et al., a micro-flow control system for metastasis of cancer cells, that is, a microflow control cancer cell transfer study model, is constructed, which can completely realize the following functions: (1) the development of tumor cells (2) a biochemical factor concentration gradient distribution can be formed in the extracellular matrix, and the quantitative analysis can be performed; (3) the physical and chemical properties of the extracellular matrix material capable of regulating the growth of the cells can be adjusted, and the activity of the cell and the extracellular matrix material during the interaction process can be quantitatively and quantitatively tracked in real time. Based on the results of the first part, the viscoelasticity of the extracellular matrix in the growth of the cancer cells was adjusted based on the results of the first part, and the morphology of the extracellular matrix on the HepG2 cells was investigated by means of immunofluorescence and real-time observation. and activity, framework assembly, invasion, and migration The results of the cell biology show that, within the scope of this study, the activity of HepG2 in a soft, viscous, low-viscosity collagen gel is lower than that of hard, sticky, high-viscosity collagen; in hard, highly viscous, high-viscosity collagen, the cytoskeleton is soft, low in viscosity, in that gel; and the speed of migration and invasion increases with the increase in the viscosity and elasticity of the collagen The results show that the present study successfully constructed a micro-environment that can provide a micro-environment for cell culture to simulate in vivo physiological or pathological conditions and can realize the real-time monitoring of the surrounding microenvironment of cancer cells. The results of the study of biology indicate that the viscoelasticity of collagen has a good effect on the morphology and activity of HepG2, the assembly of skeleton and the ability of invasion and migration.
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：R318.0

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本文編號：2451229