本文關(guān)鍵詞： 免疫細(xì)胞 中性粒細(xì)胞 趨化性 微流控芯片　出處：《中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：免疫細(xì)胞趨化性在免疫反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用,進(jìn)一步開(kāi)展免疫細(xì)胞趨化性研究具有十分重要的意義。微流控芯片可以生成精確可控的濃度梯度,是一種理想的免疫細(xì)胞趨化性研究工具。然而,在缺乏專業(yè)設(shè)備和技術(shù)人員的情況下使用微流控芯片非常困難,阻礙了微流控芯片在生物和醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域中推廣。本論文針對(duì)細(xì)胞趨化性研究領(lǐng)域所面臨的一系列問(wèn)題,開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的微流控芯片,旨在為免疫細(xì)胞趨化性研究提供易于使用和實(shí)用的解決方案。首先,開(kāi)發(fā)了一種集成細(xì)胞全血分離和細(xì)胞預(yù)富集功能的微流控芯片,可快速地從全血中篩選中性粒細(xì)胞,有利于提高實(shí)驗(yàn)效率和分析精度。通過(guò)檢測(cè)中性粒細(xì)胞對(duì)趨化因子(N-formylmethionyl-leucyl-phenyl-alanine,fMLP)和慢性阻塞性肺病病人(Chronic obstructive pulmonary disease,COPD)痰液樣本的趨化性驗(yàn)證了基于微流控芯片的全血分離方法。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步設(shè)計(jì)了集成多區(qū)細(xì)胞校準(zhǔn)和梯度生成功能的微流控芯片(Dual-Docking Device),使其具備中性粒細(xì)胞趨化性和細(xì)胞趨化性記憶效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究的雙重功能。研究結(jié)果支持在簡(jiǎn)單二維平面上使用偏向隨機(jī)運(yùn)動(dòng)(bias-random-walk)描繪中性粒細(xì)胞趨化性,且證明了趨化性記憶效應(yīng)不僅與趨化物化學(xué)濃度相關(guān),而且與細(xì)胞"過(guò)去和現(xiàn)在"所經(jīng)歷的梯度環(huán)境有關(guān)。為進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)效率,我們開(kāi)發(fā)了具有三個(gè)平行梯度通道的微流控芯片,該芯片允許在單一顯微鏡視野(10X物鏡)中同時(shí)開(kāi)展三組不同物理?xiàng)l件下的細(xì)胞趨化性實(shí)驗(yàn),有利于節(jié)省時(shí)間成本、降低勞動(dòng)強(qiáng)度,并保證了實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性與可靠性。使用三通道微流控芯片研究了與慢性腎病相關(guān)的生物標(biāo)志物成纖維生長(zhǎng)因子 23(Fibroblast growth factor 23,FGF23),并首次闡述了 FGF23 影響中性粒細(xì)胞趨化性的過(guò)程,揭示了研究FGF23介導(dǎo)的中性粒細(xì)胞趨化性對(duì)研究疾病發(fā)病機(jī)理和制定相關(guān)治療方案的重要意義。最后,針對(duì)當(dāng)前細(xì)胞趨化性研究需要依托昂貴的顯微鏡且時(shí)間和實(shí)驗(yàn)成本較高等缺點(diǎn),開(kāi)發(fā)了基于微流控芯片和智能手機(jī)的細(xì)胞遷移運(yùn)動(dòng)研究專用實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成了微流控芯片、活細(xì)胞成像、實(shí)驗(yàn)環(huán)境控制和數(shù)據(jù)分析功能,可快速、實(shí)時(shí)采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的分析,極大提高了細(xì)胞遷移實(shí)驗(yàn)的效率�？傊�,本論文研究成果為基于微流控芯片技術(shù)的細(xì)胞趨化性研究設(shè)備的開(kāi)發(fā)提供了設(shè)計(jì)思想和實(shí)驗(yàn)依據(jù),所開(kāi)發(fā)的微流控芯片有望被廣泛用于細(xì)胞趨化性實(shí)驗(yàn)研究。
[Abstract]:Immunocyte chemotaxis plays an important role in immune response. It is of great significance to further study the chemotaxis of immune cells. Microfluidic chips can generate precise and controllable concentration gradient. Is an ideal tool for chemotaxis of immune cells. However, using microfluidic chips is very difficult in the absence of professional equipment and technicians. In this paper, a series of problems in the field of cell chemotaxis are discussed, and the corresponding microfluidic chips are developed. The aim of this paper is to provide an easy-to-use and practical solution for the study of immunocyte chemotaxis. Firstly, a microfluidic chip which integrates the functions of whole blood separation and cell preconcentration is developed, which can quickly screen neutrophils from the whole blood. The chemotaxis of neutrophils to the samples of chemokine N-formylmethionyl-leucyl-phenyl-phenyl-alanine (MLP) and chronic obstructive pulmonary disease (COPD) sputum proved the whole blood separation method based on microfluidic chip. A microfluidic chip, Dual-Docking device, which integrates the functions of multizone cell calibration and gradient generation, is further designed to provide the dual function of neutrophil chemotaxis and chemoattractant memory effects. The results of the study support the experimental study of neutrophil chemotaxis and chemotactic memory effects. In a two-dimensional plane, neutrophil chemotaxis is depicted using bias-random walks, It is proved that chemoattractant memory effect is not only related to chemoattractant chemical concentration, but also to the gradient environment experienced by cells "past and present". We have developed a microfluidic chip with three parallel gradient channels, which allows three sets of chemotaxis experiments under different physical conditions to be carried out simultaneously in a single microscope field of vision 10X objective, which can save time and cost. Reduce labor intensity, The reliability and authenticity of the experiment were ensured. Using a three-channel microfluidic chip, the fibroblast growth factor 23 FGF23, a biomarker associated with chronic nephropathy, was studied, and the process of FGF23 affecting neutrophil chemotaxis was first described. The significance of the study of neutrophil chemotaxis mediated by FGF23 in the study of disease pathogenesis and the development of related treatment protocols is revealed. In view of the disadvantages of the current study of chemotaxis, such as expensive microscope and high time and experimental cost, A real-time cell migration imaging system based on microfluidic chip and smart phone is developed. The system integrates microfluidic chip, living cell imaging, experimental environment control and data analysis functions. Collecting experimental data in real time and realizing automatic analysis greatly improve the efficiency of cell migration experiment. The results of this paper provide a design idea and experimental basis for the development of chemotaxis research equipment based on microfluidic chip technology. The developed microfluidic chip is expected to be widely used in the study of chemotaxis.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：Q2-33

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本文編號(hào)：1513357