白血病细胞微观力学性能表征

The biomechanical properties of leukemia cells are closely related to the clinical treatment of leukemia: the deformability of leukemia cells and the adhesion force between the cells and their excellular matrix are two major factors in determining the risk of leukostasis, which is a key reason for the death of patient suffered leukemia. The difference between the biomechanical properties of leukemia cells and Hematopoietic Stem Cells will possibly provide a new technique to purify the bone marrow used for autotransplant. However, the investigation of biomechanics of leukemia cells is still at this early stage, only a few studies have been done. Moreover, due to the limit of current micro/nano mechanical characterization techniques, e.g. the existence of viscoelastic effects during the measurement, the mechanical properties of leukemia cells reported so far have a large scattering and are not very reliable. Recently, we purposed a rate-jump method to address the viscoelastic effects which can be applied to various mechanical testing platforms, and we also invented a new technique to performing indentation test on cells using optical trap. In this study, we will further modify the optical trap indentation technique by apply rate-jump method for correcting the viscoelastic effect during the measurement. The modified technique will then be used in the systematical investigation of biomechanical purposed of leukemia cells, with the purpose to find out the influence of cell life cycle and the various drug treatment on the leukemia cell's biomechanical properties, and its role in the clinical treatment of leukemia.

白血病细胞力学特性与白血病的临床治疗密切相关：白血病细胞的硬度及其与细胞基质之间的粘附力影响白血病淤滞症发病率，同时白血病细胞与造血干细胞力学特性之间的差异有可能提供一种新的体外净化白血病的方法。白血病细胞力学的相关研究现仍处于起步阶段，由于测量方法上的缺陷，现有数据有很大的离散型，白血病细胞力学特性在疾病中的具体作用因此仍不很清楚。课题组在近年提出了率跳跃模型用以修正机械力学测试中可能存在的滞弹性效应，提高测试的准确度；同时也发明了了光钳压痕技术，并对白血病细胞力学性能进行了初步的测试。在此项研究中，我们将应用率跳跃模型改良现有的光钳压痕技术，并将其应用于对白血病细胞力学系统研究，从而准确表征白血病细胞在不同条件下的力学特性，研究细胞周期，药物处理等对白血病细胞特性的影响，并探讨其在白血病临床治疗中的作用。

细胞的力学特性在特定疾病过程中发生变化。因此对细胞力学的研究有助于我们更进一步的理解疾病病理，帮助新的诊疗手段的发展。一直以来，由于测量技术的限制，针对悬浮细胞，尤其是白血病细胞的力学研究较少。在此研究中，基于细胞的粘弹性特质，我们提出了一种结合率跳跃模型和压痕技术的新的细胞弹性模量测量方法。这种方法在包括白血病细胞，关节软骨细胞等数种细胞上验证，均获得比传统赫兹模型更可靠的结果。利用改良的力学测量方法，我们系统地研究了体内各类常见悬浮细胞的力学特性， 发现白血病细胞比其他体内悬浮细胞有更高的弹性模量(白血病细胞 50-150Pa， 其他悬浮细胞 20-50Pa）。 基于此发现，我们相信可以利用悬浮细胞间力学差异性，对血液内的白血病细胞进行筛选，从而对白血病的临床诊断及治疗提供帮助。此外，针对细胞特性及其特定的细胞行为我们也进行了研究。我们发现普遍而言， 细胞的弹性模量与其迁移及侵袭能力成反比：关节炎病人软骨中提取的软骨细胞较软，则相对较硬的正常软骨细胞具有更强的迁移能力；不同的口腔癌病人体内提出的癌症细胞，具有不同的弹性模量，较软的癌症细胞对应较强的临床癌症转移风险；不同药物处理后的白血病细胞，其弹性模量发生改变，而其对应的迁移能力，相应改变。 在未来的研究中，测量技术上应结合定性的微管吸允及定量的光钳压痕技术，进一步提高测量的效率，而针对白血病细胞力学与其迁移及侵袭能力的研究值得进一步深入。