紅細胞流動變形過程中細胞膜骨架的動態分布特徵研究

《紅細胞流動變形過程中細胞膜骨架的動態分布特徵研究》是依託太原理工大學，由李芬擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：紅細胞流動變形過程中細胞膜骨架的動態分布特徵研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李芬
• 依託單位：太原理工大學

項目摘要

紅細胞獨特的變形能力使得其能夠進出比自身直徑小的多的毛細血管，完成氣體交換。許多疾病的發生會改變紅細胞的變形能力，如致命的瘧疾及鐮形細胞病。因而研究紅細胞在不同狀態下的變形能力對於研究與紅細胞有關的疾病，以及開發分子水平的微米級別的生物醫療器械具有重要意義。紅細胞的變形能力取決於細胞膜骨架中的多種蛋白之間的協同作用，目前對此的研究多集中在針對紅細胞膜表現出的粘彈性性能測定和紅細胞變形機制數值建模等方面。本項目建立微流動實驗平台，採用微加工技術製作流動管道，以紅細胞膜骨架中的血影蛋白（spectrin）作為標定物，研究紅細胞流動變形時細胞膜骨架做出的回響。即在流動條件下，研究紅細胞受動態的剪下力作用下其膜骨架分布的實時變化。研究結果不僅可以進一步了解紅細胞在微循環流動中的動態變形機制，對一些紅細胞疾病的發生機理與治療及相關醫療器械的開發都有重要的指導作用。

結題摘要

紅細胞獨特的變形能力使得其能夠進出比自身直徑小的多的毛細血管，完成氣體交換。許多疾病的發生會改變紅細胞的變形能力，如致命的瘧疾及鐮形細胞病。因而研究紅細胞在不同狀態下的變形能力對於研究與紅細胞有關的疾病，以及開發分子水平的微米級別的生物醫療器械具有重要意義。本項目藉助直觀顯示紅細胞變形過程的微流動實驗平台，以紅細胞膜骨架蛋白相互作用作為紅細胞變形機制的理論依據，從以下幾個方面研究紅細胞流動變形時，細胞膜骨架的分布特徵：首先採用數值計算方法模擬血流在微管網中的流動特徵，並將結果與實驗相比較分析了紅細胞在微管網中的流動特性。建立了針對紅細胞在微管道中流動的實驗平台。在此基礎上結合紅細胞變形能力與無細胞層（Cell Free Layer 簡稱CFL）厚度、流動速度之間的關係，研究戊二醛和多聚甲醛固定處理對紅細胞變形能力的影響。結果顯示經過固定處理後，紅細胞在微管道中流動時無細胞層厚度和流動速度都會有所降低，並且相同條件下與使用的戊二醛濃度、是否存在多聚甲醛共同作用正相關。該結果可以用來評估固定處理對紅細胞變形影響；對細胞膜骨架蛋白進行免疫螢光標記，研究了紅細胞在比自身尺寸大的多的微管道內流動時，出現翻轉、扭曲、坦克履帶運動等基礎變形，每一種變形過程對應著細胞骨架怎樣的分布變化特徵；初步探索了紅細胞在10µm管道中的流動特徵，紅細胞進入與自身尺寸相近或者小於自身尺寸的毛細血管受擠壓發生大的變形時（如子彈型、降落傘型等），膜骨架會出現了不均勻分布。研究結果不僅可以進一步了解紅細 胞在微循環流動中的動態變形機制，對一些紅細胞疾病的發生機理與治療及相關醫療器械的開發都有重要的指導作用。