紅細胞變形擾動下血小板的運動和粘附機理研究

《紅細胞變形擾動下血小板的運動和粘附機理研究》是依託上海交通大學，由龔曉波擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：紅細胞變形擾動下血小板的運動和粘附機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：龔曉波
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

臨床和實驗研究證實紅細胞的存在和變形能力對血栓形成過程具有顯著影響,但目前尚缺乏對血栓形成過程中紅細胞影響的定量分析。本項目擬在細胞尺度下構建生物流體力學和力學生物學相耦合的血小板粘附機理分析平台。套用細胞流動腔實驗測定血小板活化前後的拖曳力係數、記錄紅細胞影響下血小板在vWF包被材料上的滾動和粘附特徵；套用浸入式邊界方法模擬紅細胞變形和細胞間相互作用；套用粘彈性模型模擬血小板在壁面上的粘附和自身的聚集。通過實驗和數值模擬相結合的方法，分析紅細胞壓積和變形能力與血小板的運動分布和它在破損血管壁上的粘附機率、聚集形態之間的定量關係。本項研究是對當前國際學術界在血栓形成的定量分析中紅細胞影響缺失的重要補充。構建的針對複雜多因素耦合問題的分析平台，對抑制病理性血栓形成的藥物篩選和臨床防治研究也具有重要的套用價值。

結題摘要

血栓形成是多種血管阻塞性疾病的重要病理學過程。血小板在內皮細胞表面的滾動和損傷血管壁上的粘附過程是血栓形成的重要環節。因此，在細胞的特徵尺度耦合血液動力學和生物學，對紅細胞變形影響下血小板的運動和粘附進行定量分析，是血栓形成機理研究的重要內容。本項目在細胞尺度，通過結合計算機數值模擬和細胞力學實驗，對血栓形成過程中紅細胞的影響進行機理分析。圍繞紅細胞的體積比例和變形能力與血栓形成過程中血小板的運動分布和它的粘附特徵之間的關係這一關鍵科學問題，進行了定量的實驗分析和數值模擬。本項目運用細胞流動腔實驗平台，觀測了在包被vWF的微流控晶片中，血小板在不同的紅細胞壓積和變形能力條件下，在流動腔底面上的滾動和粘附過程；運用浸入式邊界方法，建立了紅細胞與血小板，以及血小板通過vWF與血管壁相互作用的數學模型和計算模擬研究平台；開展了紅細胞及血小板在血管壁面上粘附過程的數值模擬，定量分析了紅細胞體積比和變形能力影響下血小板滾動粘附過程。研究發現，不受紅細胞影響時，血小板自身變形能力決定了它在隨血液流動過程中與血管壁的距離。隨著剪下力的增高血小板活化程度明顯升高，完整單體細胞的百分率顯著下降。在紅細胞影響下，血小板被擠壓在血管壁附近的高剪下區域，血小板與血管壁的平均距離和它們的運動速度，與血液中紅細胞的體積比密切相關。紅細胞體積比例的增加增大了流動速度分布和近壁剪下力的變化，改變了紅細胞流經區域的細微剪下流場結構。當前研究表明，增加紅細胞體積比，加劇了血小板的趨壁效應，血小板受到的垂直壁向力振動幅度增大；而增大紅細胞硬度，則在一定程度上抑制了趨壁效應。本項目分析表明，血小板的運動同時受到了粘附力和流場力的影響，而這兩方面都與細胞變形能力呈非線性複雜關係，所以在給定血液剪下流動條件下，可能存在一個最佳化的細胞硬度使該情況下粘附達到最優。當流場力大於粘附力時，血小板遠離壁面向流動中心緩慢運動，當粘附力大於流場力時，血小板在流場力的拖拽下在血管壁上滾動粘附。雖然增加紅細胞體積比，血小板更靠近壁面，遷移速度越來越小，更加有利於黏附的形成。但是從粘附鍵成鍵數目平均值與Ht之間並無明顯規律，紅細胞的硬度變化對血小板的粘附鍵數目平均值也未形成明顯的影響。