红细胞变形扰动下血小板的运动和粘附机理研究

临床和实验研究证实红细胞的存在和变形能力对血栓形成过程具有显著影响,但目前尚缺乏对血栓形成过程中红细胞影响的定量分析。本项目拟在细胞尺度下构建生物流体力学和力学生物学相耦合的血小板粘附机理分析平台。应用细胞流动腔实验测定血小板活化前后的拖曳力系数、记录红细胞影响下血小板在vWF包被材料上的滚动和粘附特征；应用浸入式边界方法模拟红细胞变形和细胞间相互作用；应用粘弹性模型模拟血小板在壁面上的粘附和自身的聚集。通过实验和数值模拟相结合的方法，分析红细胞压积和变形能力与血小板的运动分布和它在破损血管壁上的粘附概率、聚集形态之间的定量关系。本项研究是对当前国际学术界在血栓形成的定量分析中红细胞影响缺失的重要补充。构建的针对复杂多因素耦合问题的分析平台，对抑制病理性血栓形成的药物筛选和临床防治研究也具有重要的应用价值。

血栓形成是多种血管阻塞性疾病的重要病理学过程。血小板在内皮细胞表面的滚动和损伤血管壁上的粘附过程是血栓形成的重要环节。因此，在细胞的特征尺度耦合血液动力学和生物学，对红细胞变形影响下血小板的运动和粘附进行定量分析，是血栓形成机理研究的重要内容。. 本项目在细胞尺度，通过结合计算机数值模拟和细胞力学实验，对血栓形成过程中红细胞的影响进行机理分析。围绕红细胞的体积比例和变形能力与血栓形成过程中血小板的运动分布和它的粘附特征之间的关系这一关键科学问题，进行了定量的实验分析和数值模拟。. 本项目运用细胞流动腔实验平台，观测了在包被vWF的微流控芯片中，血小板在不同的红细胞压积和变形能力条件下，在流动腔底面上的滚动和粘附过程；运用浸入式边界方法，建立了红细胞与血小板，以及血小板通过vWF与血管壁相互作用的数学模型和计算模拟研究平台；开展了红细胞及血小板在血管壁面上粘附过程的数值模拟，定量分析了红细胞体积比和变形能力影响下血小板滚动粘附过程。. 研究发现，不受红细胞影响时，血小板自身变形能力决定了它在随血液流动过程中与血管壁的距离。随着剪切力的增高血小板活化程度明显升高，完整单体细胞的百分率显著下降。在红细胞影响下，血小板被挤压在血管壁附近的高剪切区域，血小板与血管壁的平均距离和它们的运动速度，与血液中红细胞的体积比密切相关。红细胞体积比例的增加增大了流动速度分布和近壁剪切力的变化，改变了红细胞流经区域的细微剪切流场结构。当前研究表明，增加红细胞体积比，加剧了血小板的趋壁效应，血小板受到的垂直壁向力振动幅度增大；而增大红细胞硬度，则在一定程度上抑制了趋壁效应。. 本项目分析表明，血小板的运动同时受到了粘附力和流场力的影响，而这两方面都与细胞变形能力呈非线性复杂关系，所以在给定血液剪切流动条件下，可能存在一个优化的细胞硬度使该情况下粘附达到最优。当流场力大于粘附力时，血小板远离壁面向流动中心缓慢运动，当粘附力大于流场力时，血小板在流场力的拖拽下在血管壁上滚动粘附。虽然增加红细胞体积比，血小板更靠近壁面，迁移速度越来越小，更加有利于黏附的形成。但是从粘附键成键数目平均值与Ht之间并无明显规律，红细胞的硬度变化对血小板的粘附键数目平均值也未形成明显的影响。