基于納米探針技術(shù)的NSCLC細(xì)胞表面形貌和力學(xué)特性研究.pdf

1、癌癥以其高發(fā)病率和致死率已經(jīng)成為人類面臨的重要公共衛(wèi)生問題,由于癌細(xì)胞具有隱蔽性強、無限增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移的生物學(xué)特性,準(zhǔn)確的進行癌癥的早期診斷對及時開展治療最為關(guān)鍵。目前確診癌癥的組織病理學(xué)方法需要制備切片,不僅制片過程繁復(fù)、成本高、使細(xì)胞喪失生理結(jié)構(gòu),而且諸多因素會影響切片的正確判斷,如腫瘤細(xì)胞分化程度、細(xì)胞的異質(zhì)性、非特異性染色等,并且這些方法僅限于定性和半定量階段。如何進行癌癥的有效早期診斷已經(jīng)成為亟待解決的難題,尤其是定量診斷和

2、預(yù)報癌變是當(dāng)前追求的目標(biāo)。
　　原子力顯微鏡(AFM)除了能以納米級別的分辨率在液相中檢測活細(xì)胞表面的超微形貌,也能通過對細(xì)胞施加微弱的作用力獲得細(xì)胞的力學(xué)特性,進而獲取細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化和細(xì)胞的功能狀態(tài)信息。盡管AFM已經(jīng)檢測了包括魚角膜細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞、干細(xì)胞等多種細(xì)胞的粘彈性,但是其彈性模量值從100Pa-100kPa不等,如此大的差異并非都?xì)w因于細(xì)胞亞結(jié)構(gòu)的區(qū)別,還受到檢測條件、方法和模型等方面的影響。因此本文根據(jù)準(zhǔn)確分析非小

3、細(xì)胞肺癌(NSCLC)細(xì)胞力學(xué)特性的需要,旨在從表面成像參數(shù)設(shè)定、檢測條件、模型選擇等角度,提出準(zhǔn)確可行的細(xì)胞力學(xué)特性的評價方法,并據(jù)此分析NSCLC細(xì)胞力學(xué)特性、內(nèi)部細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)及其轉(zhuǎn)移潛能的關(guān)系。這也是首次對不同惡性程度的NSCLC細(xì)胞力學(xué)特性和骨架結(jié)構(gòu)的對比分析。具體研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面:
　　提出了優(yōu)化細(xì)胞AFM成像質(zhì)量的方法,為細(xì)胞的力學(xué)特性檢測奠定基礎(chǔ)。利用二次回歸正交旋轉(zhuǎn)設(shè)計,模擬出了以細(xì)胞掃描圖像的清晰度為

4、因變量,AFM掃描電壓、掃描頻率和比例增益為自變量的數(shù)學(xué)模型,并計算出理論上在掃描電壓為0.61V,掃描頻率為2.23Hz,比例增益為3.85的條件下,掃描得到的細(xì)胞圖像最優(yōu)。以此最佳掃描條件獲得了不同惡性程度NSCLC細(xì)胞的形貌圖,可以較清晰的觀察細(xì)胞的表面結(jié)構(gòu),如偽足、分泌顆粒、細(xì)胞骨架纖維、細(xì)胞間連接甚至核仁等,不同惡性程度的NSCLC細(xì)胞的骨架纖維分布存在較大差異。
　　分析多種檢測因素對NSCLC細(xì)胞彈性模量(E)的影響

5、,提出了肺癌細(xì)胞力學(xué)特性的準(zhǔn)確評價方法,應(yīng)采用球形針尖以避免錐形針尖對細(xì)胞彈性的高估;對于細(xì)胞中心和邊緣區(qū)域的力學(xué)檢測應(yīng)分別以半無限和有限厚度的Hertz模型進行準(zhǔn)確計算;檢測溫度應(yīng)為近細(xì)胞生理環(huán)境的37℃,細(xì)胞形態(tài)對細(xì)胞彈性無明顯影響;應(yīng)以低于1Hz的加載速率而避免細(xì)胞粘性對檢測結(jié)果的影響。該評價方法為準(zhǔn)確檢測癌細(xì)胞的粘彈性提供了技術(shù)保障。
　　提出了以細(xì)胞的外部力學(xué)特性鑒定肺癌細(xì)胞惡性程度的新方法,提供了細(xì)胞癌變鑒別的新手段。

6、以三種NSCLC細(xì)胞為研究對象,發(fā)現(xiàn)惡性程度不同的三種細(xì)胞彈性模量關(guān)系為:E低惡性>E中惡性>E高惡性?；贏FM的應(yīng)力衰減實驗研究了不同惡性程度的NSCLC的粘性特征,高轉(zhuǎn)移性的大細(xì)胞肺癌NCI-H1299與低轉(zhuǎn)移性的A549細(xì)胞相比,NCI-H1299細(xì)胞的松弛模量ER低26％、Kelvin彈簧常數(shù)K1低26%,表觀粘性系數(shù)μ低23%。證明了肺癌細(xì)胞的順應(yīng)性和其侵襲性呈正相關(guān),細(xì)胞粘彈性的減小使細(xì)胞變得更柔軟,更有利于轉(zhuǎn)移性癌細(xì)胞從

7、原發(fā)灶釋放、穿過毛細(xì)血管的內(nèi)皮間隙進行內(nèi)滲和外滲,轉(zhuǎn)移至區(qū)域淋巴結(jié)甚至遠(yuǎn)處器官等。
　　利用納米原位力學(xué)檢測系統(tǒng)研究了NSCLC細(xì)胞的彈性和粘性特征。以O(shè)liver-Pharr方法進行計算,最終得到的細(xì)胞的彈性特征:ENCI-H1299