衰老与疾病红细胞的主动形变和被动形变及其生理特性研究

Senility and disease erythrocytes are accompanied with the change of the mechanical properties, which play a decisive role in maintaining the normal physiological function and life activities. Cell deformability includes active deformation and passive deformation. Cell active deformation is also important in the erythrocyte removing system and disease erythrocytes, and in nucleated cells active deformation is closely related to its physiological functions; however it is often ignored in previous studies. Thus, the mechanical properties of senility and disease erythrocytes are analyzed based on the created active-passive deformation analysis system, especially in cell active deformation. Furthermore, the mechanism of membrane cytoskeleton proteins are also explored form the energetics of cell deformation. In clinical this project will provide health indicator for blood transfusion and disease evaluation for blood disease, and in nucleated cell also provide early warning for disease.

衰老和疾病的红细胞往往伴随力学性能的变化，良好的红细胞变形性能是保障生命体正常的生理功能和生物活动的基础。以往关于细胞变形性能的研究主要是探讨红细胞的被动变形，然而细胞主动形变也是细胞变形性能的重要组成部分，它在巨噬细胞清除衰老红细胞和血液疾病的发生、形成过程中也有着重要的意义。有核细胞的主动形变也与细胞的生理功能紧密相关。本研究以人红细胞为研究模型，建立细胞主动-被动形变联动分析系统，分析血液疾病及衰老红细胞的力学性能，探索细胞主动形变的生物标记。从细胞变形的能量学角度分析细胞形变的膜蛋白、膜骨架蛋白变化的分子基础。在临床上，运用该评价体系，可为血液储存提供临床健康输血的力学性能评价，也为血液相关疾病的可能发生做出力学性能评判，同时该评价体系也可对有核细胞进行分析，有助于对癌细胞和免疫细胞迁移做出评判，对疾病的发生提供潜在的预警作用。

衰老和疾病的红细胞往往伴随力学性能的变化，良好的红细胞变形性能是保障生命体正常的生理功能和生物活动的基础。以往关于细胞变形性能的研究主要是探讨红细胞的被动变形，然而细胞主动形变也是细胞变形性能的重要组成部分，它在巨噬细胞清除衰老红细胞和血液疾病的发生、形成过程中也有着重要的意义。有核细胞的主动形变也与细胞的生理功能紧密相关。基于此，本研究以人红细胞为研究模型，建立细胞主动-被动形变联动分析系统，分析血液疾病及衰老红细胞的力学性能，探索细胞主动形变的生物标记。结果显示，细胞的杨氏模量、主动形变、被动形变和能量滞后环与进针加载速度密切相关。其中，红细胞随着天龄的增加，细胞的杨氏模量、变形性能和主动形变逐渐升高。高血压患者的红细胞的杨氏模量和弹性滞后环均高于正常红细胞。在构建的能量耗竭的红细胞模型中，也明确了能量耗竭后红细胞的杨氏模量，变形性能和主动形变增加，而被动形性反而减弱。同时，揭示了红细胞主动形变主要由胞内血红蛋白浓度决定，而细胞的被动形变依赖于膜骨架结构。另外，不同分化阶段的树突状细胞表现出不同的变形能力，其被动和主动变形取决于进针加载速度和基体刚度，成熟树突状细胞具有较高的主动变形和杨氏模量以及较低的被动变形。这些研究成果从细胞变形的能量学角度分析细胞形变的膜蛋白、膜骨架蛋白变化的分子基础。在临床上，运用该评价体系，可为血液相关疾病的可能发生做出力学性能评判，也有助于深入理解树突状细胞的力学行为在免疫调节功能和免疫应答过程中的作用，从而对疾病的发生提供潜在的预警作用。