《新型微流控晶片中單細胞趨化運動及其影響機制研究》是依託上海交通大學，由胡延東擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：新型微流控晶片中單細胞趨化運動及其影響機制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：胡延東
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
單細胞的趨化運動往往受實驗中的多種因素影響而無法得到定量的結果，因此研究單細胞的趨化機制首要解決的是建立一套重複性高、精確度高的定量實驗系統和方法，來確定細胞周邊的實際濃度梯度和實際趨化運動分量。本項研究的主要目標即是建立和完善一種利用微流控系統定量研究單細胞趨化運動及其影響因素的方法。首先，設計一新型系統使得濃度梯度相對獨立於Peclet數，從而控制流動對趨化運動的影響。其次，利用實驗和數值模擬有機結合的方法分別研究化學增活和流動剪下與該細胞運動及對引物傳質的相互影響，探索準確、科學的測量體系和評價方法來揭示單細胞的趨化運動機制及其與細胞化學微環境之間的複雜關係。這對進一步闡明細胞感知能力和行為方式及其分子動力學機制有重要的意義，為體外研究組織發炎、傷口癒合、癌細胞轉移提供先進的模擬平台和理論及實驗基礎。
結題摘要
許多活細胞在引物濃度梯度的影響下能發生自主的定向運動，即趨化運動。例如，自由生活微生物、白細胞、精子細胞、內皮細胞、成纖維細胞、癌細胞等，這些細胞在炎症反應、受精、器官生長、傷口癒合、癌症遷移等過程中普遍存在趨化運動。揭示細胞在低雷諾數剪下流中的趨化運動影響因素及機制，可以細胞趨化運動的定量化測量提供新理論概念和新的測試平台。目前，關於細胞趨化效應的研究主要著眼於利用微流體技術建立線性或非線性的濃度梯度，觀測細胞對不同濃度梯度的反應。這些研究大都忽略細胞運動對濃度場的擾動及剪下流對細胞趨化的影響，這些都將導致對實際細胞趨化運動的失常測算。本項目著眼於數值模擬與實驗觀測相結合，研究在微通道內細胞的直線運動及細胞的翻滾對周圍的剪下流場、引物濃度場的影響，探討了在微通道中非線性引物梯度場中細胞運動對引物濃度場的耦合影響機制。研究結果表明，在細胞平動運動中，細胞的運動對周圍濃度梯度場有明顯影響，忽略細胞的運動是不合適的。平動的細胞相比靜止的細胞可以感受到更大的濃度差，因而實際的趨化運動動力也更大。而趨化方向則相差不大。在細胞轉動過程中，其周圍引物濃度場在一定時間內發生變化，但很快達到穩態；順時針與逆時針轉動的細胞對微環境的攪動效果相反；增加轉動線速度可提高攪動效果，導致趨化偏轉角增大，而趨化動力減小。綜上所述，細胞的自主趨化運動與其周圍的引物剪下流之間存在耦合效應，細胞的兩種運動（平動與轉動）對引物的剪下流影響機制不同。細胞的平動將增強趨化運動，而對趨化方向影響較小；細胞的轉動將促進細胞的趨化方向的調整，而使得趨化動力急劇減小。這與前人及本項目實驗中觀察到的現象一致。
