當(dāng)今社會,癌癥是造成人類死亡的主要原因之一,為從根源治療癌癥,以基因槍為主的基因治療技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生�；驑尲夹g(shù)的基本原理是利用加速裝置,將表面包裹DNA的鎢粉或金粉顆粒,以物理方式射入靶細(xì)胞,以實(shí)現(xiàn)外源基因的表達(dá)。但基因槍使用時也面臨著困難,如難以將包裹DNA的微彈以適當(dāng)?shù)乃俣壬淙氚屑?xì)胞且不會將細(xì)胞完全破壞,它影響著基因表達(dá)率以及實(shí)驗成功率。為解決這一難題,本文使用生物力學(xué)實(shí)驗與力學(xué)模擬相結(jié)合的方法,建立了細(xì)胞破損模型,為基因槍實(shí)驗以及實(shí)驗改進(jìn)提供理論指導(dǎo)。本文在前人研究的基礎(chǔ)上,將原子力顯微鏡(AFM)破膜實(shí)驗、細(xì)胞理論模型和細(xì)胞有限元模型相結(jié)合,從力學(xué)角度研究細(xì)胞膜被AFM探針穿透破壞的過程,建立Hela細(xì)胞準(zhǔn)靜態(tài)破損模型,得到破損所需的必要條件,并在此基礎(chǔ)上探討基因槍動態(tài)破損模擬的可能性。主要工作如下:1)采用AFM對Hela細(xì)胞進(jìn)行破膜實(shí)驗。首先對細(xì)胞進(jìn)行掃描,得到其表面形貌參數(shù);其次利用AFM探針對細(xì)胞高度約為3.5μm的點(diǎn)進(jìn)行加載,得到探針力-位移曲線,在力-位移曲線中確定破膜力和破膜時探針位移,并根據(jù)加載曲線在初始接觸細(xì)胞時的彈性部分,計算出細(xì)胞膜的彈性模量,為建立細(xì)胞模型提供材料參數(shù)。2)提出細(xì)胞模型的基本假設(shè),分析了細(xì)胞膜和細(xì)胞質(zhì)的常用本構(gòu)模型,建立具有雙層不同材料屬性的細(xì)胞力學(xué)模型。結(jié)果表明:對細(xì)胞膜建立彈塑性模型,對細(xì)胞質(zhì)建立粘彈性模型是較為準(zhǔn)確合理的。3)通過ABAQUS軟件模擬AFM破膜實(shí)驗,與實(shí)驗結(jié)果進(jìn)行對比,得到實(shí)驗中無法直接測得的塑性參數(shù),建立準(zhǔn)靜態(tài)下細(xì)胞破損的有限元模型。在此基礎(chǔ)上,建立基因槍微彈沖擊細(xì)胞的動態(tài)計算模型。結(jié)果表明:微彈的初始速度不同對細(xì)胞產(chǎn)生的變形也不同,當(dāng)初始速度達(dá)到某一臨界值,才能使微彈穿破細(xì)胞膜且停留在細(xì)胞中,為基因槍臨床使用時的微彈速度選擇和參數(shù)設(shè)置提供依據(jù),有助于基因的成功表達(dá)。本文通過生物力學(xué)實(shí)驗和有限元方法建立了準(zhǔn)靜態(tài)細(xì)胞破損的有限元模型,進(jìn)一步對基因槍微彈動態(tài)沖擊的模擬進(jìn)行初步嘗試,為后續(xù)研究基因槍微彈高速沖擊細(xì)胞的模型奠定基礎(chǔ),也為今后研究細(xì)胞力學(xué)提供一種新方法。
【學(xué)位單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：R450
【部分圖文】：

圖 1-3 Helios 型手持基因槍Figure.1-3 Helios gene gun微彈選擇、轟擊速度、轟擊壓力等因素對驗過程進(jìn)行有限元模擬，計算出合適的初

微管吸吮示意圖

微管吸吮實(shí)驗圖

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本文編號：2825384