基于共聚焦显微成像的三维数字图像相关技术及在肿瘤细胞迁移侵袭定量表征中的应用

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11472013
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    110.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0812.实验固体力学
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Based on the high-performance laser confocal microscope platform, on one hand, this project focus on fabricating extracellular matrix materials with biological compatibility, controllable adhesion ligand distribution and adjustable fluorescent particle density and establishing a biological experiment system to evaluate the capability of tumor cell migration and invasion process. On the other hand, with the high resolution laser confocal optical tomography images captured in experiment, fluorescent speckle deconvolution algorithm and speckle particle center localization algorithm are proposed to obtain the curved surface parameters in the deformed image with aid of global least-square fitting algorithm. After that, a novel three-dimensional digital image correlation technique is developed by introducing a new affine shape function with curved surface deformation control parameters, by which the three-dimensional displacement fields exerted by single cell on the extracellular matrix are quantitatively qualified and the spatiotemporal characteristics of the tumor cell migration and invasion process is studied. Besides, by means of some biological techniques, for instance, immunofluorescence staining, the effects of extracellular physicochemical microenvironment on the migration and invasion ability of tumor cell is evaluated, which provides evidence for exploration of single cell migration and invasion in biomechanics. In summary, the new project is capable of offering quantitative measurement techniques and reliable biophysics experimental supports for systematically studying the physiological and pathological mechanism of tumor cell migration and invasion.
本项目将依托高性能激光共聚焦显微镜平台,制备具有生物相容性、粘附配体分布空间可控且荧光粒子(人造散斑)密度可调的细胞外基质材料;搭建用于肿瘤细胞迁移侵袭研究的生物力学实验体系;针对拍摄的高分辨激光共聚焦光学断层扫描图像,建立专门适于荧光粒子散斑图像的高效粒子解卷积算法和精准的散斑粒子中心定位算法;通过粒子中心全局最小二乘拟合技术获取变形后基底图像曲面控制参数,引入包含子区曲面变形信息的仿射形函数,发展一整套全新的三维数字图像相关技术;精确定量细胞与胞外基质相互作用的三维位移场,探究肿瘤细胞迁移与初始侵袭的时空动态变化特性;结合免疫荧光染色等相关生物学实验技术,研究胞外理化微环境变化对于肿瘤细胞迁移侵袭能力的影响,从生物实验力学角度考察细胞侵袭的一般规律,为系统研究肿瘤细胞迁移侵袭的生理病理机制提供新的精准测试工具和可靠的生物物理实验数据。

结项摘要

力学因素在肿瘤迁移侵袭中起重要作用。项目制备了具有生物相容性、粘附配体分布空间可控且荧光粒子(人造散斑)密度可调的细胞外基质材料,搭建了用于肿瘤细胞迁移侵袭研究的生物力学实验体系,开发了新的数字图像相关算法,实现了高性能牵引力显微镜测量,研究了胞外理化微环境变化对于肿瘤细胞迁移侵袭能力的影响。发现转化生长因子(TGF-β)会协同基底刚度促进MDA-MB-231乳腺癌细胞迁移,且受细胞收缩力的调节;基底刚度是通过激活TGF-β前体来调节肝癌细胞TGF-β1 信号通路,且这种激活作用依赖Integrin介导产生的细胞收缩力;发现B淋巴细胞活化过程中免疫突触内会产生nN级别的牵引力,且受F-actin骨架重构,以及myosin IIA和dynein介导的细胞收缩的调控;发现ZnO纳米颗粒能显著地改变气道平滑肌细胞的基础和KCl刺激的收缩力,Clathrin介导的细胞内吞参与其中。这些结果为系统研究肿瘤细胞迁移侵袭的生理病理机制提供新的定量工具和可靠的细胞力学实验数据。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Mechanical characterization of cancer cells during TGF-β1-induced epithelial-mesenchymal transition using an electrodeformation-based microchip
使用基于 electroformation 的微芯片在 TGF-β1 诱导的上皮间质转化过程中癌细胞的机械特征
  • DOI:
    10.1016/j.snb.2016.08.104
  • 发表时间:
    2017-03
  • 期刊:
    Sensors and Actuators B: Chemical
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yao Teng;Mingshu Pang;Jianyong Huang;Chunyang Xiong
  • 通讯作者:
    Chunyang Xiong
Elastic hydrogel as a sensor for detection of mechanical stress generated by single cells grown in three-dimensional environment
弹性水凝胶作为传感器检测三维环境中生长的单细胞产生的机械应力
  • DOI:
    10.1016/j.biomaterials.2016.04.024
  • 发表时间:
    2016-08-01
  • 期刊:
    BIOMATERIALS
  • 影响因子:
    14
  • 作者:
    Huang, Jianyong;Wang, Liangli;Yuan, Fan
  • 通讯作者:
    Yuan, Fan
Electrodeformation-Based Biomechanical Chip for Quantifying Global Viscoelasticity of Cancer Cells Regulated by Cell Cycle
基于电变形的生物力学芯片,用于量化受细胞周期调节的癌细胞的整体粘弹性
  • DOI:
    10.1021/acs.analchem.8b00584
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Analytical Chemistry
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Teng Yao;Zhu Kui;Xiong Chunyang;Huang Jianyong
  • 通讯作者:
    Huang Jianyong
Substrate Stiffness Coupling TGF-beta 1 Modulates Migration and Traction Force of MDA-MB-231 Human Breast Cancer Cells in Vitro
基质硬度耦合 TGF-β1 调节 MDA-MB-231 人乳腺癌细胞的体外迁移和牵引力
  • DOI:
    10.1021/acsbiomaterials.7b00835
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    ACS Biomaterials-Science & Engineering
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Lin Feng;Zhang Haihui;Huang Jianyong;Xiong Chunyang
  • 通讯作者:
    Xiong Chunyang
Contractility of Airway Smooth Muscle Cell in Response to Zinc Oxide Nanoparticles by Traction Force Microscopy
通过牵引力显微镜观察氧化锌纳米粒子对气道平滑肌细胞的收缩性的影响
  • DOI:
    10.1007/s10439-018-2098-3
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Annals of Biomedical Engineering
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Feng Lin;Haihui Zhang;Jianyong Huang;Chunyang Xiong
  • 通讯作者:
    Chunyang Xiong

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其他文献

应用电化学测菌法检测牙龈卟啉单胞菌的初步研究
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    熊春阳
高分辨率细胞牵引力频域反演技术
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李姗姗;黄建永;邓昊;庞明姝;彭小玲;熊春阳;方竞
  • 通讯作者:
    方竞
细胞牵引力显微镜反演方法研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    实验力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄建永;邓昊;彭小玲;李姗姗;熊春阳;方竞
  • 通讯作者:
    方竞

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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