利用原子力显微镜研究细胞弹性

【摘要】： 癌症是威胁人类生命最严重的疾病之一,氧自由基在癌症的发生过程中起着重要作用。细胞的弹性既能影响细胞的生理功能,也能反映细胞的病理变化。原子力显微镜(Atomic Force Microscopy,AFM)能对细胞进行形态扫描和力曲线测量,通过相关理论模型分析力曲线得到细胞的弹性。本文详细叙述了AFM力曲线的常见分析模型,对细胞弹性的具体计算方法给出了一定的创新,并且利用AFM研究肿瘤细胞的弹性,以及不同浓度的双氧水对人脐带血管内皮细胞的弹性影响。本文目的是为肿瘤的研究工作、为研究氧自由基对细胞的损伤提供一定的理论数据和基础研究。本文主要内容和结果如下: ①利用不同的力曲线分析模型分析力曲线求解细胞的弹性,通过比较可以看出,模型的不同会在一定程度上影响数据分析结果,即使是用同一个分析模型,计算方法的不同也会影响数据分析结果。本文给出了一个较为优化的计算方法,可以显著减小实验结果的方差。 ②利用AFM对肺癌细胞a549进行细胞形态扫描和力曲线测量。从AFM扫描图上可以看出该细胞呈现出纺锤状,其中长轴约为40-60μm细胞核高度约为3μm。而且从AFM扫描图还可以看到细胞表面并不是光滑平整的,在细胞边缘有一些束状结构,这些结构是细胞浅层的一些骨架结构。对肺癌细胞施加不同的加载速率(0.8-80μm/s)进行AFM力学测量时,发现活细胞表面的弹性模量会随着加载速率的增加而增大,但是当细胞固定后,其弹性则不会发生变化,保持在50kPa左右,比生理条件下肿瘤细胞的弹性大一个数量级。 ③研究双氧水对细胞的影响。用不同浓度的双氧水处理人脐带血管内皮细胞,利用MTT和AFM实验分别测量细胞凋亡情况以及细胞弹性的变化。实验结果表明,低浓度(不大于0.4mM)双氧水处理内皮细胞后,细胞形态没有明显变化;而当双氧水浓度较高时,细胞形态变化明显,而且细胞调亡率也显著增加。利用AFM对内皮细胞在双氧水处理前后进行力学测量的结果表明,在低浓度下(不大于0.4mM),随着双氧水浓度的增加,细胞的弹性会增大,但是当双氧水浓度超过0.4mM后,随着浓度的增加,细胞弹性开始变小。