【摘要】：近年來,治療超聲因其治療過程具有微創(chuàng)甚至無創(chuàng)的特點(diǎn)獲得越來越多的關(guān)注。其中,聲孔效應(yīng)的控制和優(yōu)化已成為當(dāng)前治療超聲應(yīng)用的重點(diǎn),并在各種臨床領(lǐng)域,如靶向基因/給藥,癌癥治療,血腦屏障開放,神經(jīng)疾病治療,免疫療法等受到廣泛關(guān)注。微泡介導(dǎo)聲孔效應(yīng)已顯示出在促進(jìn)細(xì)胞攝取基因/藥物、其他難以進(jìn)入細(xì)胞的治療劑方面的巨大的應(yīng)用潛力。然而,微泡細(xì)胞相互作用的生物物理機(jī)制尚不清楚。特別地,全面了解細(xì)胞周期階段對微泡介導(dǎo)聲孔效應(yīng)誘導(dǎo)的細(xì)胞反應(yīng)的影響仍是一個嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此,本研究將重點(diǎn)對超聲微泡介導(dǎo)聲孔效應(yīng)引起的細(xì)胞周期特異性生物效應(yīng)進(jìn)行研究。本研究首先利用藥物洛伐他汀、含羞草素和諾考達(dá)唑分別對HeLa細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞周期同步;通過流式細(xì)胞儀檢驗細(xì)胞在各個階段的同步效率以及同步后的細(xì)胞狀態(tài),進(jìn)而利用原子力顯微鏡觀察同步在不同時期的HeLa細(xì)胞形貌和細(xì)胞彈性。結(jié)果顯示在G1期,細(xì)胞通常具有最大的高度和細(xì)胞彈性,而在S期,細(xì)胞通常是最扁平和彈性最小的細(xì)胞。其后,本研究采用了一個專門設(shè)計的集成實(shí)驗系統(tǒng)對單微泡介導(dǎo)聲孔效應(yīng)觸發(fā)的細(xì)胞結(jié)構(gòu)(如細(xì)胞膜和細(xì)胞骨架)的動態(tài)變化進(jìn)行實(shí)時觀察。本實(shí)驗以同步在各個階段的HeLa細(xì)胞為實(shí)驗對象,其細(xì)胞骨架被可以激發(fā)綠色熒光的GFP-α-微管蛋白標(biāo)記。實(shí)驗中,GFP熒光強(qiáng)度可以指示由微泡介導(dǎo)聲孔效應(yīng)引起的細(xì)胞骨架變化;細(xì)胞內(nèi)PI熒光強(qiáng)度用于指示由微泡介導(dǎo)聲孔效應(yīng)引起的細(xì)胞膜通透性的變化。在此基礎(chǔ)上,通過Comsol構(gòu)建有限元模型來模擬微泡-流體-細(xì)胞相互作用,并為實(shí)驗結(jié)果提供可能的解釋。結(jié)果顯示:同步在S期的細(xì)胞最容易受到微泡介導(dǎo)聲孔效應(yīng)誘導(dǎo)的瞬時機(jī)械效應(yīng)的影響,這導(dǎo)致單微泡介導(dǎo)聲孔效應(yīng)早期細(xì)胞膜通透性的最大增強(qiáng)和細(xì)胞骨架最快的解聚。因此,S期是用于微泡介導(dǎo)聲孔效應(yīng)瞬時效應(yīng)促進(jìn)基因/藥物轉(zhuǎn)運(yùn)治療的優(yōu)選細(xì)胞周期。最后,本研究采用超聲輻照與被動空化檢測(PCD)裝置相結(jié)合的系統(tǒng)探索細(xì)胞周期對多微泡介導(dǎo)聲孔效應(yīng)誘導(dǎo)的HeLa細(xì)胞反應(yīng)的影響。結(jié)果顯示:(1)微泡空化活動與細(xì)胞周期無關(guān);(2)具有最大楊氏模量的G1期細(xì)胞對微泡介導(dǎo)聲孔效應(yīng)響應(yīng)最小;(3)G2/M期細(xì)胞FITC攝取量最大,活性最小,究其原因,是由于同步藥物的化學(xué)作用;(4)細(xì)胞彈性最低的S期細(xì)胞最容易受到多微泡介導(dǎo)聲孔效應(yīng)誘導(dǎo)的長時機(jī)械效應(yīng)的影響,在沒有進(jìn)一步損傷細(xì)胞活性的前提下,聲孔效應(yīng)促進(jìn)S期細(xì)胞膜通透性的最大增強(qiáng)。無論是單微泡介導(dǎo)聲孔效應(yīng)的瞬時效應(yīng),還是多微泡介導(dǎo)聲孔效應(yīng)的長時效應(yīng),S期都是微泡介導(dǎo)聲孔效應(yīng)促進(jìn)基因/藥物治療的優(yōu)選細(xì)胞周期。如果將S期細(xì)胞同步與微泡靶向給藥的進(jìn)展相結(jié)合,可以在降低細(xì)胞毒性的前提下,通過微泡介導(dǎo)聲孔效應(yīng)促進(jìn)基因/藥物轉(zhuǎn)運(yùn)效果來實(shí)現(xiàn)針對惡性腫瘤和其他嚴(yán)重遺傳疾病的治療。總體而言,本研究的結(jié)果不僅有助于更全面地了解細(xì)胞周期對微泡介導(dǎo)聲孔效應(yīng)誘導(dǎo)的細(xì)胞反應(yīng)的影響和其潛在的作用機(jī)制,還可能有益于利用微泡介導(dǎo)聲孔效應(yīng)促進(jìn)細(xì)胞周期靶向基因/藥物轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)行的癌癥治療。
【圖文】：

細(xì)胞間期（Ｉｎｔｅｒｐｈａｓｅ，邋Ｉ期）可細(xì)分為三個時期、即ＤＮＡ合成前期合成期（Ｓ期）與ＤＮＡ合成后期（Ｇ２期）［３］。Ｇ！期是指從有絲復(fù)制前的一段時期。細(xì)胞在合成前期物質(zhì)代謝活躍，迅速合成Ｒ細(xì)胞體積顯著增大。這一期的主要為Ｓ期的ＤＮＡ復(fù)制進(jìn)行物質(zhì)。隨后細(xì)胞進(jìn)入Ｓ期，即ＤＮＡ合成期，在這一階段完成ＤＮＡＮＡ組裝成染色質(zhì)等有關(guān)的組蛋白的合成［３］，細(xì)胞內(nèi)ＤＮＡ含量倍。Ｇ２期為ＤＮＡ合成后期［３］，是細(xì)胞分裂期的準(zhǔn)備期。在此時期止，大量合成ＲＮＡ和蛋白質(zhì)，其中包括微管蛋白和促成熟因子胞分裂期（Ｍｉｔｏｓｉｓ）需經(jīng)前、中、后，，末期，是細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)時期，包括一系列細(xì)胞核的變化、染色質(zhì)轉(zhuǎn)變成染色體、紡錘體色體精確均等地分配到兩個子細(xì)胞中的過程［３］，使分裂后的細(xì)胞一致性。逡逑

？逡逑＾邋：；邋Ｉ邋；邐｜邋ｉ邋Ｉ逡逑圖２．１真核細(xì)胞的細(xì)胞周期：在靜止期細(xì)胞離開循環(huán)并停止分裂。細(xì)胞在０，期開始逡逑增大。ＤＮＡ復(fù)制發(fā)生在合成（Ｓ）階段。在ＤＮＡ合成和有絲分裂之間的Ｇ２期間，細(xì)胞繼續(xù)逡逑生長。間期由三個階段組成：Ｇ，，Ｓ，Ｇ２。在細(xì)胞分裂期（Ｍ）中，細(xì)胞生長停止并且有序分逡逑裂成兩個子細(xì)胞逡逑２４逡逑
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：Q279

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