哺乳動物耳蝸主動性力學的理論研究

《哺乳動物耳蝸主動性力學的理論研究》是依託中山大學，由張勇擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：哺乳動物耳蝸主動性力學的理論研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張勇
• 依託單位：中山大學

中文摘要

主動性是哺乳動物聽覺的重要特徵。但是目前的理論模型僅能夠給出與實驗測量定性符合的結果，在定量結果上往往與實驗數據存在數量級上的差異。我們採用能量庫概念來模擬單獨一個的外毛細胞，進而得到研究哺乳動物耳蝸主動性的非線性布朗運動模型。這一模型可以得到與實驗結論一致的結果。在本項目中，我們繼續使用能量庫來模擬單個的外毛細胞，然後以適當的方式把外毛細胞耦合起來得到外毛細胞陣列，以此來模擬外毛細胞在基膜上的排布。通過這一改進，希望這一模型能夠有效縮小理論計算出的耳蝸時間解析度與實驗結果之間的差距；之後，把外毛細胞頂部纖毛的擺動耦合到外毛細胞的振動上來，以期得到一個更加符合實際的描述耳蝸主動性放大的理論模型。希望通過新模型計算出的結果在數值上可以和實驗結果比擬，至少是處於同一數量級的結果。並且，通過比較來檢驗綜合了外毛細胞電活動性與纖毛擺動兩種可能的主動力來源的想法是否是解決聽覺主動性問題的正確方向。

結題摘要

prestin對於理解哺乳動物聽覺的主動(active)放大機理具有重要意義。近些年有許多實驗給出了外毛細胞非線性電容對氯離子濃度的依賴關係及其與外界刺激的頻率依賴關係。這些現象的分子基礎正是prestin，所以本項目主要關注於此。通過項目的實施主要獲得了如下的成果：(1) 考慮prestin輸運特性，提出了一個討論prestin輸運性質的五態模型。通過這一模型研究了外毛細胞非線性電容隨氯離子濃度的變化關係。給出了非線性電容對外界刺激信號的頻率依賴特性。這些結果與實驗結果定性相符。這一部分的研究為進一步研究外毛細胞的主動放大機理提供了一個可能的以prestin為其分子基礎的動力學模型；(2) 為了進一步研究prestin在聽覺主動放大功能方面的作用，有必要來研究它與細胞膜之間的相互作用。考慮到prestin本身是一個比較大的蛋白質，而且缺乏其晶體結構數據，作為一個初步的探索，我們首先以碳納米顆粒來替換prestin。通過研究碳納米顆粒與磷脂雙層膜的相互作用，為將來直接研究prestin與細胞膜的相互作用提供必要的準備。當然研究碳納米顆粒與細胞膜的相互作用本身也具有自身的科學與運用價值。我們通過光鑷和原子力顯微鏡，測量了C60進入紅細胞之後對細胞力學性質的改變。實驗表明C60使得紅細胞變軟；(3) 粗粒化分子動力學模擬結果表明尺寸較大的碳納米顆粒使得磷脂雙層膜更難破裂，而較小的納米顆粒則使得破裂張力減小。