基于胞内钙信号研究生理氧分压对原位软骨细胞和胞外基质沉积的影响

发布时间：2022-07-12 16:36

　　软骨组织中氧含量分布不均,且软骨细胞在各结构层中的形态学和生物学差异较大,目前体外实验已证实氧浓度变化会明显影响离体培养软骨细胞的增殖、分化及表型,但生理氧分压对组织中各层原位软骨细胞的影响尚不清楚。研究显示氧分压会影响胞内钙离子浓度,而钙离子水平会影响软骨细胞的胞外基质分泌、软骨的衰老和力学传导等生理功能。所以本研究基于胞内钙信号探究生理氧分压对原位软骨细胞和胞外基质的影响;并从胞内钙信号和生理氧分压出发,找到不同层中利于胞外基质合成的方法。另外,由于现有钙信号检测技术的数据处理过程繁琐且耗时长,所以本研究基于深度学习方法改进了钙信号检测的数据处理过程。本研究启发了在软骨发育的关键科学问题研究中应充分考虑由结构层和氧分压带来的影响,应尽量分结构层探讨软骨细胞和软骨组织的生理或病理状态。同时,本研究有利于指导未来的临床应用,例如为软骨组织修复、原位软骨细胞体外培养、3D打印构建软骨组织等研究,提供钙信号与氧分压方面的理论依据,以及各项胞内钙信号检测指标;通过模拟和调控最适氧分压来影响软骨组织的发育。另外,基于深度学习的钙信号检测技术改进,克服了较厚软骨组织和动态变化细胞轮廓带来的细胞识... 

【文章页数】：113 页

【学位级别】：博士

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英文缩略词对照表
1 绪论
    1.1 问题的提出及研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 软骨组织的结构特点
        1.2.2 软骨组织中的氧分压
        1.2.3 软骨细胞中的钙信号特点
        1.2.4 基于深度学习的胞内钙信号检测
    1.3 课题的研究目的及研究内容
        1.3.1 课题的研究目的与意义
        1.3.2 课题的研究内容
        1.3.3 课题的技术路线
        1.3.4 课题的特色及创新点
2 原位软骨细胞钙信号检测实验和胞外基质检测实验的方法构建
    2.1 引言
    2.2 实验材料与仪器设备
        2.2.1 主要实验仪器及耗材
        2.2.2 主要实验试剂
        2.2.3 主要实验试剂配制
    2.3 实验方法
        2.3.1 软骨组织切片样品制作
        2.3.2 原位软骨细胞活性检测实验
        2.3.3 胞内自发钙响应实验
        2.3.4 冰冻切片
        2.3.5 免疫组化
        2.3.6 阿尔新蓝(AlcianBlue)8GX染色
        2.3.7 COLL-Ⅱ和GAG的半定量计算
        2.3.8 数据处理与统计分析
    2.4 实验结果
        2.4.1 原位软骨细胞活性检测
        2.4.2 实时自发钙响应观察结果
        2.4.3 COLL-Ⅱ和GAG染色实验的观察结果
        2.4.4 软骨组织结构分层
        2.4.5 原位软骨细胞自发钙响应的计算结果
        2.4.6 胞外基质中COLL-Ⅱ和GAG计算结果
    2.5 分析与讨论
        2.5.1 自发钙响应实验
        2.5.2 COLL-Ⅱ和GAG合成代谢实验胞外基质区域的选择
        2.5.3 软骨组织胞外基质中COLL-Ⅱ和GAG的含量
    2.6 小结
3 氧分压对自发钙响应的影响
    3.1 引言
    3.2 主要实验材料与仪器设备
        3.2.1 主要实验仪器及耗材
        3.2.2 主要实验试剂
        3.2.3 主要实验试剂配制
    3.3 实验方法
        3.3.1 实验分组
        3.3.2 最适CoCl2浓度实验
        3.3.3 软骨组织切片样品制作
        3.3.4 胞内自发钙响应实验
        3.3.5 数据处理与统计分析
    3.4 实验结果
        3.4.1 氧分压对自发钙响应的影响
        3.4.2 模拟低氧对自发钙响应的影响
        3.4.3 胞内钙使自发钙响应波形以快峰为主
        3.4.4 EGTA和TG对响应率、响应峰个数及钙总量的影响
    3.5 分析与讨论
        3.5.1 氧分压对自发钙响应的影响
        3.5.2 最适CoCl2浓度的讨论
        3.5.3 与模拟低氧相似的氧分压
        3.5.4 钙来源对自发钙响应的影响
        3.5.5 通过钙信号判断离体培养软骨组织和软骨细胞的最适氧分压
    3.6 小结
4 氧分压对软骨组织胞外基质的影响
    4.1 引言
    4.2 主要实验材料与仪器设备
        4.2.1 主要实验仪器及耗材
        4.2.2 主要实验试剂
        4.2.3 主要实验试剂配制
    4.3 实验方法
        4.3.1 实验分组
        4.3.2 软骨组织切片样品制作
        4.3.3 COLL-Ⅱ和GAG检测实验
        4.3.4 数据处理与统计分析
    4.4 实验结果
        4.4.1 氧分压对COLL-Ⅱ和GAG的影响
        4.4.2 不同氧分压培养时间对COLL-Ⅱ和GAG的影响
        4.4.3 模拟低氧对COLL-Ⅱ和GAG的影响
    4.5 分析与讨论
        4.5.1 氧分压对各层胞外基质中COLL-Ⅱ和GAG的影响
        4.5.2 与模拟低氧相似的氧分压
        4.5.3 通过COLL-Ⅱ和GAG来判断离体培养软骨组织和软骨细胞的最适氧分压
    4.6 小结
5 原位软骨细胞钙信号与胞外基质的关系
    5.1 引言
    5.2 主要实验材料与仪器设备
        5.2.1 主要实验仪器及耗材
        5.2.2 主要实验试剂
        5.2.3 主要实验试剂配制
    5.3 实验方法
        5.3.1 实验分组
        5.3.2 软骨组织切片样品制作
        5.3.3 COLL-Ⅱ和GAG检测实验
        5.3.4 数据处理与统计分析
    5.4 实验结果
        5.4.1 不同结构层中钙信号与COLL-Ⅱ和GAG的关系
        5.4.2 不同氧分压下钙信号与COLL-Ⅱ和GAG的关系
        5.4.3 钙来源对COLL-Ⅱ和GAG的影响
    5.5 分析与讨论
        5.5.1 不同结构层中钙信号与COLL-Ⅱ和GAG的关系
        5.5.2 不同氧分压下钙信号与COLL-Ⅱ和GAG关系
        5.5.3 钙来源对COLL-Ⅱ&GAG合成代谢的影响
    5.6 小结
6 基于全卷积神经网络和递归神经网络的胞内钙信号检测技术改进..
    6.1 引言
    6.2 基本原理
        6.2.1 细胞识别
        6.2.2 钙信号曲线的识别
    6.3 识别方法
        6.3.1 深度学习分类识别指标
        6.3.2 细胞识别
        6.3.3 钙信号时间序列的采集
        6.3.4 钙响应曲线波峰识别
    6.4 实验结果与分析
        6.4.1 细胞识别的结果
        6.4.2 钙信号曲线采集的结果
        6.4.3 钙响应曲线波峰识别
    6.5 小结
7 结论与展望
    7.1 主要结论
    7.2 后续工作展望
致谢
参考文献
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于全卷积神经网络的肝脏CT影像分割研究[J]. 郭树旭,马树志,李晶,张惠茅,孙长建,金兰依,刘晓鸣,刘奇楠,李雪妍.  计算机工程与应用. 2017(18)
[2]深度学习研究进展[J]. 刘建伟,刘媛,罗雄麟.  计算机应用研究. 2014(07)

硕士论文
[1]基于卷积—长短时记忆神经网络的时序信号多粒度分析处理方法研究[D]. 徐聪.哈尔滨工业大学 2017
[2]基于时间序列分析的人体运动行为模式识别研究[D]. 程辉.浙江工商大学 2017
[3]基于深度学习的脑电识别方法研究与应用[D]. 张梦.北京工业大学 2016



本文编号：3659473