一种力–电协同驱动的细胞微流控培养腔理论模型

细胞培养液在微流控生物反应器中受到外界物理场(如压力梯度或者电场)作用流动而产生流体剪应力,并进一步刺激种子细胞调控其内部基因的表达,从而促进细胞的分化和生长,这个过程在自然生命组织内的微管中亦是如此.考虑到细胞培养微腔隙中液体流动行为很难实验量化测定,理论建模分析是目前可行的研究手段.因此建立了矩形截面的细胞微流控培养腔理论模型,将外部的物理驱动场(压力梯度与电场)与培养腔内液体的流速、切应力和流率联系起来,分别得到了压力梯度驱动(pressure gradient driven,PGD)、电场驱动(electric field driven,EFD)及力–电协同驱动(pressure-electricity synergic driven,P-ESD)三种驱动方式下的液体流动理论模型.结果表明该理论模型与现有的实验结果基本一致,即力–电协同作用下的解答为压力梯度驱动和电场驱动结果的叠加.细胞培养腔内的流体流速、剪应力及流率幅值均正比于外部物理场强幅值,但随着压力梯度驱动载荷频率的增大而减小,随着电场驱动频率的变化不明显.在压力梯度驱动作用下,细胞贴壁处的切应力随着腔高的增大而线性增大,流率则随着腔高的增大而非线性增大,而电场驱动下的结果不受腔高的影响.生理范围内的温度场变化对压力和电场驱动的结果影响不大.另外,在引起细胞响应的流体切应力水平,电场驱动能提供较大的切应力幅值而压力梯度驱动则能提供较大的流率幅值.该理论模型的建立为细胞微流控生物反应器实验系统的设计及参数优化提供理论参考,同时也为力–电刺激细胞生长、分化机理的研究的提供基础.     

氧化铁纳米颗粒在磁共振成像中的应用

目前临床诊断中钆基造影剂的应用十分广泛,然而其对人体的毒性无法忽视,因此研究者致力于低毒性造影剂的研发。氧化铁纳米颗粒(Iron Oxide Nanoparticles,IONP)因其超顺磁性在磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)中具有良好的暗对比效果,并且具有良好的生物相容性。随着生物材料和分子影像技术的发展,IONP在MRI成像中的应用愈发广泛。近年来,IONP在多模态成像和诊断治疗一体化方面取得了进展。本文将以IONP的MRI成像机理、制备和表面修饰为基础,阐述近年来IONP在MRI成像应用的研究成果和问题,期望IONP取得更好的发展。     

一种骨小管中液体流动产生的流量及切应力模型

骨组织受力变形后其内部液体就会流动,同时在其微观结构——骨单元壁中扩散,并进一步产生一系列与骨液流动相关的物理效应,如流体剪切应力、流动电位等,这些物理效应被细胞感知并做出破骨或成骨等反应,来使骨适应外部载荷环境.鉴于骨组织产生的内部液体流动很难实验测定,理论模拟是目前的主要研究手段.基于骨单元的多孔弹性性质建立了骨小管内部液体的流动模型,该模型将骨单元所受的外部载荷与骨小管内部液体的压力、流速、流量和切应力联系起来,并进一步可以研究其力传导与力电传导机制.骨小管模型的建立分别基于中空和考虑哈弗液体的骨单元模型,并考虑了骨单元外壁的弹性约束和刚性位移约束两种边界条件.最终得到骨单元在外部轴向载荷作用下,骨小管内部液体的流量及流体切应力的解析解.结果表明:骨小管中的液体流量与流体切应力都正比于应变载荷幅值和频率,并由载荷的应变率决定.因此应变率可以作为控制流量和流体切应力的一种生理载荷因素.流量随着骨小管半径的增大而非线性增大,而流体切应力则随着骨小管半径的增大而线性增大.此外,在相同的载荷下,含哈弗液体的骨单元的模型中,骨小管中液体的流量和切应力均大于中空骨单元模型.     

牵张力使大鼠实验性牙齿移动对PTHrP表达的影响

通过探讨牵张力对甲状旁腺激素相关蛋白(Parathyroid hormone related protein,PTHrP)表达、分布的影响,为深入了解正畸牙齿移动过程的骨改建机理提供参考,本文使用体重200±20g、6～8W龄的健康雄性Wistar大鼠42只适应性喂养1W后随机分为7组,每组6只。选择每只大鼠的左侧上颌第一磨牙作为实验牙,以左侧上颌切牙作为支抗牙,安装正畸用0.012英寸(inch)步镍钛螺旋拉簧,力值为50g(0.49N)。分别于安装牙齿移动装置后1d、3d、5d、7d、14d、21d处死实验组大鼠,取含左侧上颌第一磨牙及其周围牙槽骨的组织块,常规进行HE染色和SABC法免疫组织化学染色。利用图像分析系统(0BI200高清晰度彩色病理图文分析系统),对每张免疫组化染色后的切片做定量分析。SPSS17.0建立数据库并进行统计学分析,显示在张力区牙周膜及牙槽骨组织中的成骨细胞、成纤维细胞以及间充质细胞PTHrP呈阳性表达,且张力区牙周组织中PTHrP的表达在加力第5天达到高峰。表明PTHrP牙周组织的改建有一定的调节作用,使张力区与压力区向不同的方向发展。     

Derivation of the general form of elasticity tensor of the transverse isotropic material by tensor derivate

SymbolsU--FunchonofstrainenergyQ--OrthonormaltensorE--StraintensorEar--ComponentsofthestraintensorE,i,j=l,2,3n--VectorofthesymmetricaamsofthetransverseisotropicmaterialU*,E.,n*--FormsofU,EandninanothercoordinatesystemJf--MaininvariantsofstraintensorE,i=l,2,3Jf'n--InvariantsofstraintensorEconnectingwithvectorn,i=4,5Ji--TheabbreviatedformsofJf,Jf,Jf,Jf,",Jf,",i=l,2,3,4,5fi--ConstantsindependentonE,n,i=l,2,3,4,5el,e"--Thecovariantandcontravariantofthonormalbasisoftheusedcoordinatesyste…     

HA/GCPU复合多孔支架的可控制备及细胞相容性

以脂肪族异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)作为硬段、蓖麻油甘油酯(GCO)作为软段,通过原位聚合法制备了羟基磷灰石/蓖麻油甘油酯基聚氨酯(HA/GCPU)复合多孔支架.利用红外光谱和扫描电子显微镜对复合支架进行表征,并测试其力学性能及孔隙率.研究结果表明,HA/GCPU复合多孔支架的孔隙率和抗压强度依赖羟基磷灰石的含量,并具有明显的可控性.HA质量分数分别为0,20%和40%时,HA/GCPU复合多孔支架孔隙率分别为(61±3)%,(68±2)%和(57±3)%,抗压强度分别为(605±61),(2125±58)和(4588±260)k Pa,可见HA质量分数为20%时,HA/GCPU复合多孔支架具有与松质骨较为匹配的孔隙率和抗压强度.将MG63细胞与多孔支架共培养,通过倒置显微镜和扫描电子显微镜观察,用噻唑蓝(MTT)法表征HA/GCPU复合多孔支架的细胞相容性,结果表明,HA/GCPU复合多孔支架表面细胞黏附,生长良好,无细胞毒性,在骨组织工程领域具有一定的应用前景.     

骨陷窝--骨细胞形状和方向对骨单元内液体流动行为的影响

骨组织内的流体流动不仅为骨细胞的生存提供了充足营养供应及代谢物排放途径,也在骨重建过程中起到关键作用.为了更精确地阐明骨内液体流动的具体形式,这项研究利用骨陷窝-骨细胞的密度,形态和方向等参数来计算骨单元内液体的流动行为.首先,计算出不同形状和方向的骨陷窝周围骨小管的数量及分布情况,其次利用算出的参数以及骨组织其他微结构数据来估计骨组织的渗透率和孔隙率等参数,最后根据计算所得的参数建立骨单元的多孔弹性力学有限元模型,并分析了在轴向位移载荷作用下骨陷窝形状和方向对骨单元内液体渗流行为的影响.结果表明,在所研究的参数范围内不同骨单元模型的相同区域上,骨陷窝形状影响下的骨单元最大压力和流速比最小的分别增加了86%和18%;骨陷窝方向影响下的最大压力和流速比最小的分别增加了125%和56%.伸长形骨陷窝对单个骨单元局部压力的影响远大于扁平形和圆形骨陷窝.骨陷窝从0°绕x轴旋转到90°过程中压力是逐渐降低的,且30°,45°和60°的模型对骨单元内局部流速有显著影响.该模型表示骨陷窝的形状和方向以及骨小管的三维分布对骨单元内液体压力和流速幅值及沿不同方向的流动差异有显著的影响.这项研究将有助于精确量化描述骨内液体的流体行为.     

骨陷窝-骨细胞形状和方向对骨单元内液体流动行为的影响

骨组织内的流体流动不仅为骨细胞的生存提供了充足营养供应及代谢物排放途径,也在骨重建过程中起到关键作用. 为了更精确地阐明骨内液体流动的具体形式,这项研究利用骨陷窝-骨细胞的密度,形态和方向等参数来计算骨单元内液体的流动行为. 首先,计算出不同形状和方向的骨陷窝周围骨小管的数量及分布情况,其次利用算出的参数以及骨组织其他微结构数据来估计骨组织的渗透率和孔隙率等参数,最后根据计算所得的参数建立骨单元的多孔弹性力学有限元模型,并分析了在轴向位移载荷作用下骨陷窝形状和方向对骨单元内液体渗流行为的影响. 结果表明,在所研究的参数范围内不同骨单元模型的相同区域上,骨陷窝形状影响下的骨单元最大压力和流速比最小的分别增加了86%和18%;骨陷窝方向影响下的最大压力和流速比最小的分别增加了125%和56%. 伸长形骨陷窝对单个骨单元局部压力的影响远大于扁平形和圆形骨陷窝. 骨陷窝从0°绕$x$轴旋转到90°过程中压力是逐渐降低的,且30°,45°和60°的模型对骨单元内局部流速有显著影响. 该模型表示骨陷窝的形状和方向以及骨小管的三维分布对骨单元内液体压力和流速幅值及沿不同方向的流动差异有显著的影响. 这项研究将有助于精确量化描述骨内液体的流体行为.      

肌球蛋白Ⅱ缺失细胞胞质分裂机制研究

哺乳动物细胞胞质分裂过程中伴随着一系列形态学改变,随着分裂沟不断收缩,形成连接两个子细胞的细胞间桥.间桥不断拉长、变细,直至断裂、生成两个子细胞.采用细胞力学和形态学测量及分析方法,通过施加肌球蛋白Ⅱ抑制剂,定量研究了NRK细胞间桥变细动力学;采用细胞免疫荧光技术,检测了早期胞质分裂肌动蛋白的分布,揭示肌球蛋白Ⅱ缺失细胞胞质分裂可能的机制.结果表明:施加肌球蛋白Ⅱ抑制剂的NRK细胞,其整体形态学和细胞间桥形态学曲线明显不同于0.3%DMSO组.根据流体力学特性和所测量的力学参数对曲线进行模拟发现,表面张力对肌球蛋白Ⅱ抑制组细胞的间桥动力学曲线轨迹影响很大.研究结果提示由细胞力学特性决定的拉普拉斯压力和细胞运动共同参与了肌球蛋白Ⅱ缺失细胞胞质分裂的调节.