冷冻保护剂对神经干细胞球导入过程的研究

发布时间：2017-10-03 09:43

  本文关键词：冷冻保护剂对神经干细胞球导入过程的研究

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【摘要】：神经干细胞(Neural Stem cells)的发现为治疗神经系统的疑难杂症带来了新的希望。但神经干细胞不易获得,来源非常有限,早已不能满足临床治疗和科学研究日益增加的需求,因此迫切需要开辟获取大量神经干细胞的新途径。合理且可行的解决之道是建立神经干细胞库,对体外培养、扩增得到的早期神经干细胞进行冻存,才可能实现规模化应用。成球状生长的神经干细胞要比单细胞悬液更具活力,在低温保存中也更具有保护价值。冷冻保护剂(Cryoprotectant, CPA)的导入步骤是神经球进行低温保存过程中最为重要的环节,然而这一过程的传质机理尚未得到系统、深入的研究。本文希望通过模拟保护剂对神经球的导入过程,更好的了解保护剂渗透神经球的传质机理,从而优化导入程序,提高神经干细胞冻存复温后的存活率。 本文基于多孔介质渗透模型,将神经球内部分为细胞外空间和内空间,并给出了神经球中每一层神经干细胞的分布。在细胞外空间利用Fick扩散模型,结合两参数模型的跨膜扩散方程,建立了保护剂在细胞内、外的传质方程。借助控制容积法对传质方程进行化简,然后利用C语言程序求解,得到了保护剂在神经球内部——细胞外、内空间各自的浓度分布；随后利用细胞内外浓度差,求得每一层神经干细胞的体积变化。同时以体积变化为依据,结合正交数值试验分析了在CPA导入过程中影响神经干细胞体积变化的因素,接下来采用分步导入和连续梯度导入研究了保护剂渗透压和导入时间对细胞体积变化的影响,对CPA导入过程进行了优化。最后搭建了激光全息干涉平台,利用浓度同折射率的线性关系,通过干涉条纹的变化考察了乙醇——水体系中乙醇的浓度分布和CPA在导入过程中的浓度分布。 模拟结果表明,细胞外空间的保护剂浓度变化较快,1mol·L-1DMSO导入半径为60μm的神经球时,在球表面处不到10s接近平衡,接近球中心处20s后接近平衡；由于跨膜传质阻力的影响,细胞内空间的保护剂浓度变化较为平缓,约在50s左右达到平衡；神经球内不同位置的神经干细胞体积变化相差不大,球中心的细胞体积变化程度略大于表面处的细胞。保护剂浓度、Lp和ω的改变对细胞体积变化影响显著：高浓度会导致细胞体积剧烈变化,减小Lp和增大ω可以显著改善导入过程细胞体积变化。保护剂的扩散系数和神经球尺寸的改变则对细胞体积变化影响较小。导入高浓度保护剂时,可以采用等渗透压差、渗透时间间隔逐渐减小的分步导入方法,分步导入以四步法较好。合适的连续梯度导入方案应是低浓度差和短平衡时间的合理组合,凸曲线导入方式效果最好。 激光干涉实验表明,乙醇——水体系中离相界面越近,条纹偏移量越大,传质越强,浓度越低；随着时间的推移,传质边界层的厚度也随之增加,浓度变化越大。该装置可以观察到保护剂导入过程中微流控芯片内的干涉条纹变化,但需要改进装置,提高分辨率以满足测量保护剂在细胞周围浓度分布的需求。
【关键词】：神经干细胞球 保护剂导入模型 因素分析 渗透损伤 激光全息干涉
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R329
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 引言11-12
• 1 文献综述12-29
• 1.1 神经干细胞12-14
• 1.1.1 神经干细胞的概念12
• 1.1.2 神经干细胞的鉴定和培养方式12-14
• 1.1.3 神经干细胞的应用价值14
• 1.2 低温保存14-19
• 1.2.1 低温保存技术的发展14-15
• 1.2.2 低温伤害15-16
• 1.2.3 低温保存方法16-17
• 1.2.4 冷冻保护剂17-19
• 1.3 生物传质模型19-28
• 1.3.1 细胞传质模型19-22
• 1.3.2 组织传质模型22-25
• 1.3.3 果蔬脱水模型25-26
• 1.3.4 多组分传质模型26-27
• 1.3.5 其他模型27-28
• 1.4 建立保护剂对神经干细胞球导入模型的意义28
• 1.5 本文的研究思路28-29
• 2 冷冻保护剂对神经干细胞球导入过程的模拟分析29-53
• 2.1 概述29
• 2.2 数学模型29-31
• 2.2.1 神经干细胞球模型结构29-30
• 2.2.2 传质方程30-31
• 2.2.3 初始条件和边界条件31
• 2.3 数学计算31-37
• 2.3.1 控制容积法31-34
• 2.3.2 求解思路34-36
• 2.3.3 程序设计36
• 2.3.4 模型验证36-37
• 2.4 结果和讨论37-52
• 2.5 小结52-53
• 3 保护剂导入过程的影响因素分析和优化53-59
• 3.1 概述53
• 3.2 影响因素的筛选53-54
• 3.3 交数值试验方案设计54-55
• 3.4 结果与讨论55-58
• 3.5 小结58-59
• 4 冷冻保护剂导入程序的优化59-71
• 4.1 概述59
• 4.2 分步导入模拟59-64
• 4.2.1 两步导入60-63
• 4.2.2 四步导入63-64
• 4.3 连续梯度导入模拟64-67
• 4.4 结果与讨论67-70
• 4.5 小结70-71
• 5 保护剂导入神经干细胞传质过程的观测71-88
• 5.1 概述71
• 5.2 激光全息干涉系统71-74
• 5.2.1 激光全息干涉原理71-72
• 5.2.2 实时全息干涉条纹与折射率的关系72-74
• 5.3 神经干细胞的培养74-77
• 5.3.1 mNSCs原代培养74-75
• 5.3.2 mNSCs继代培养75-76
• 5.3.3 免疫荧光鉴定76-77
• 5.4 传质过程的观测77-81
• 5.4.1 醇在水中的扩散77-79
• 5.4.2 DMSO对mNSCs的导入79-81
• 5.5 结果与讨论81-87
• 5.5.1 mNSCs生长状态81
• 5.5.2 mNSCs特异性蛋白表达81-83
• 5.5.3 醇—水体系中乙醇浓度的分布83-85
• 5.5.4 微流控芯片内干涉条纹变化分析85-87
• 5.6 小结87-88
• 结论88-89
• 参考文献89-95
• 附录A 英文词汇缩写表95-96
• 附录B 主要缩写名称96-97
• 附录C 程序基本内容97-99
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况99-100
• 致谢100-101

【参考文献】

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本文编号：964510