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中国组织工程研究 2020年第1期24卷 87-92页

作者：徐丽萌罗文宇张书伟王立太原理工大学生物医学工程学院

背景:目前关于ANLN蛋白在细胞分裂间期调节细胞形态、细胞-细胞间接完整性以及胞质分裂中稳定收缩环的作用已经明确,但其对细胞力学性能和骨架蛋白的影响还鲜有报道。目的:探讨ANLN缺失对分裂间期细胞力学特性与骨架蛋白的影响。方法:... 详细信息

背景:目前关于ANLN蛋白在细胞分裂间期调节细胞形态、细胞-细胞间接完整性以及胞质分裂中稳定收缩环的作用已经明确,但其对细胞力学性能和骨架蛋白的影响还鲜有报道。目的:探讨ANLN缺失对分裂间期细胞力学特性与骨架蛋白的影响。方法:通过原子力显微镜分别测量正常Hela细胞与siRNA敲降ANLN的Hela细胞的表面弹性模量和破膜力;采用激光共聚焦显微镜观察正常Hela细胞与siRNA敲降ANLN的Hela细胞的肌球蛋白ⅡA以及肌动蛋白纤维分布特征。结果与结论:①敲降ANLN的Hela细胞的表面弹性模量明显高于未经处理的正常Hela细胞,与敲降ANLN的细胞相比,正常细胞的表面弹性模量更倾向于极性分布(两极间逐步降低),但两组细胞长轴边缘区域的破膜力并没有明显差别;②ANLN敲降组细胞在边缘位置有较低的肌球蛋白ⅡA分布;③ANLN敲降组近底层细胞-细胞连接区域的肌动蛋白纤维趋向更散乱,并且细胞内纤维束沿长轴排列不明显,中层有细胞间隙变大的倾向;④结果说明,敲降ANLN对细胞的边缘区域影响最大,ANLN的缺失会导致细胞边缘区域更频繁的重构,细胞需要聚集更多的骨架蛋白及其结合蛋白来稳定细胞状态,导致了更高的表面弹性模量。

关键词： ANLN蛋白细胞铺展原子力显微镜力曲线表面弹性模量破膜力细胞骨架肌动蛋白纤维国家自然科学基金

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Anillin对细胞骨架蛋白和细胞力学特性的调节作用

Anillin对细胞骨架蛋白和细胞力学特性的调节作用

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作者：徐丽萌太原理工大学

学位级别：硕士

Anillin是细胞内一种重要的脚手架蛋白和调节因子,作用于细胞的整个周期,与肌动蛋白纤维(F-actin),肌球蛋白II,Rho A以及隔膜蛋白等多种蛋白相互连接、相互作用。细胞内的Anillin维持一个适当的平衡是必要的,Anillin过量表达会增加癌细... 详细信息

Anillin是细胞内一种重要的脚手架蛋白和调节因子,作用于细胞的整个周期,与肌动蛋白纤维(F-actin),肌球蛋白II,Rho A以及隔膜蛋白等多种蛋白相互连接、相互作用。细胞内的Anillin维持一个适当的平衡是必要的,Anillin过量表达会增加癌细胞的迁移能力或者导致局灶性节段性肾小球硬化,而太少或者不表达Anillin则会扰乱分裂细胞的收缩环和细胞膜的完整性。同时,细胞表面弹性模量等力学特性又是区别癌细胞的重要指标。因此,研究Anillin对细胞骨架蛋白和力学特性的调节作用,能够为癌症等病症的临床诊断与治疗提供有价值的参考。本文主要研究的是Anillin的缺失对细胞骨架蛋白和细胞力学特性的影响。使用RNA干扰技术筛选获得了Anillin RNA稳定敲降的Hela细胞株,并转入mCherry-肌球蛋白II A荧光蛋白。分别利用荧光漂白恢复(FRAP),线荧光强度分析等方法测定细胞内肌球蛋白IIA沿细胞长轴的分布和转运速率;荧光染色检测肌动蛋白纤维分布特征;采用原子力显微镜测定细胞不同位置的表面弹性模量和长轴边缘区域的破膜力。结果如下:(1)Anillin缺失会导致细胞内肌球蛋白II长轴末端分布减少,转运速率变慢;(2)肌动蛋白在细胞边缘聚集但无明显规则排列的肌动蛋白纤维,胞体中的肌动蛋白纤维无沿长轴分布的特征;(3)Anillin敲降细胞的表面弹性模量明显增大,但长轴边缘破膜力并无明显差别。本文的结果表明:Anillin主要通过作用于细胞边缘的骨架结构与分布对胞内进行区域性调节,这种结果对应着细胞表面弹性模量分布的特征,但是不显著影响破膜力。Anillin通过与骨架蛋白、细胞表面弹性模量共同作用影响着细胞-细胞相互作用、极性建立等生理活动。

关键词： Anillin 肌球蛋白II 肌动蛋白纤维细胞表面弹性模量破膜力

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基于基因枪背景的细胞破损有限元模拟

基于基因枪背景的细胞破损有限元模拟

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作者：杜美洁太原理工大学

学位级别：硕士

当今社会,癌症是造成人类死亡的主要原因之一,为从根源治疗癌症,以基因枪为主的基因治疗技术应运而生。基因枪技术的基本原理是利用加速装置,将表面包裹DNA的钨粉或金粉颗粒,以物理方式射入靶细胞,以实现外源基因的表达。但基因枪使用... 详细信息

当今社会,癌症是造成人类死亡的主要原因之一,为从根源治疗癌症,以基因枪为主的基因治疗技术应运而生。基因枪技术的基本原理是利用加速装置,将表面包裹DNA的钨粉或金粉颗粒,以物理方式射入靶细胞,以实现外源基因的表达。但基因枪使用时也面临着困难,如难以将包裹DNA的微弹以适当的速度射入靶细胞且不会将细胞完全破坏,它影响着基因表达率以及实验成功率。为解决这一难题,本文使用生物力学实验与力学模拟相结合的方法,建立了细胞破损模型,为基因枪实验以及实验改进提供理论指导。本文在前人研究的基础上,将原子力显微镜(AFM)破膜实验、细胞理论模型和细胞有限元模型相结合,从力学角度研究细胞膜被AFM探针穿透破坏的过程,建立Hela细胞准静态破损模型,得到破损所需的必要条件,并在此基础上探讨基因枪动态破损模拟的可能性。主要工作如下:1)采用AFM对Hela细胞进行破膜实验。首先对细胞进行扫描,得到其表面形貌参数;其次利用AFM探针对细胞高度约为3.5μm的点进行加载,得到探针力-位移曲线,在力-位移曲线中确定破膜力和破膜时探针位移,并根据加载曲线在初始接触细胞时的弹性部分,计算出细胞膜的弹性模量,为建立细胞模型提供材料参数。2)提出细胞模型的基本假设,分析了细胞膜和细胞质的常用本构模型,建立具有双层不同材料属性的细胞力学模型。结果表明:对细胞膜建立弹塑性模型,对细胞质建立粘弹性模型是较为准确合理的。3)通过ABAQUS软件模拟AFM破膜实验,与实验结果进行对比,得到实验中无法直接测得的塑性参数,建立准静态下细胞破损的有限元模型。在此基础上,建立基因枪微弹冲击细胞的动态计算模型。结果表明:微弹的初始速度不同对细胞产生的变形也不同,当初始速度达到某一临界值,才能使微弹穿破细胞膜且停留在细胞中,为基因枪临床使用时的微弹速度选择和参数设置提供依据,有助于基因的成功表达。本文通过生物力学实验和有限元方法建立了准静态细胞破损的有限元模型,进一步对基因枪微弹动态冲击的模拟进行初步尝试,为后续研究基因枪微弹高速冲击细胞的模型奠定基础,也为今后研究细胞力学提供一种新方法。

关键词： Hela细胞基因枪生物力学细胞有限元模型破膜力

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基于原子力显微镜的细胞破损有限元模型建立与分析

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生物医学工程研究 2019年第3期38卷 297-301页

作者：杜美洁王立王彬李志强闫晓鹏太原理工大学机械与运载工程学院太原030024 太原理工大学生物医学工程学院太原030024 College of Engineering Design and Physical SciencesBrunel University LondonUK

为获得细胞膜受冲击破损的实际应力应变值。应用原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)对Hela细胞进行破膜实验,得到细胞几何参数和加载过程的力-位移曲线。基于实验所得表面形貌与材料参数建立细胞破损有限元模型,并使用ABAQUS进... 详细信息

为获得细胞膜受冲击破损的实际应力应变值。应用原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)对Hela细胞进行破膜实验,得到细胞几何参数和加载过程的力-位移曲线。基于实验所得表面形貌与材料参数建立细胞破损有限元模型,并使用ABAQUS进行分析。当针尖位移达到2.35μm时,实验所得破膜力为38.7 nN,模拟所得破膜力为39.3 nN,两者较为吻合,验证了模型的合理性和正确性。通过模拟获得细胞膜被穿破时,应力为24.3 kPa,塑性应变为0.23。本研究基于实验建立的细胞破损有限元模型,为模拟细胞的失效与破损过程提供了方法和参考。

关键词： Hela细胞原子力显微镜细胞有限元模型生物力学破膜力

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