微流控芯片上姜黄素诱导细胞凋亡用于高内涵筛选的研究

论文摘要

药物筛选是药物研发的重要组成部分，高内涵药物筛选因为其可实现多靶点多参数分析的特点而成为药物研发领域研究的热点。微流控芯片以其良好的透光性、无毒性、微米级尺寸等优势为细胞生物学研究提供了理想的平台，各种操作单元还可以灵活组合、规模集成，因此非常适合实现高内涵药物筛选。本论文在探讨了天然提取药物姜黄素诱导人乳腺癌细胞MCF-7凋亡的基础上，以微流控芯片为平台，研究了细胞凋亡过程中一系列参数的变化，为微流控芯片用于高内涵筛选的研究进行了有意义的尝试。具体研究内容包括：（1）通过MTT比色法及流式细胞术验证了姜黄素对人乳腺癌细胞MCF-7的诱导凋亡作用，并建立了量效关系。（2）分别采取三种报告质粒AIF-GFP，Cyt C-GFP和Endo G-GFP对MCF-7细胞进行转染，再施加以不同浓度的姜黄素刺激，研究三种报告质粒定位的变化。（3）制作PDMS-玻璃微流控芯片，以芯片为平台，实现片上细胞培养、转染，及细胞—姜黄素相互作用，并对细胞凋亡过程中细胞膜通透性、细胞核型，及转染质粒的重定位等一系列参量的变化进行了统计学分析。通过单一一次实验过程，即获得了凋亡相关的多参数信息，证实了可以在微流控芯片上进行高内涵筛选研究。（4）利用Matlab软件，初步实现了单细胞是否凋亡的半自动分析，为后续多细胞是否凋亡的自动分析研究打下了基础。通过本论文的研究，证实了微流控芯片可以用于高内涵筛选技术，从而为高内涵药物筛选提供一个新的研究平台。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要符号对照表
• 第1章 引言
• 1.1 选题背景与意义
• 1.2 高内涵筛选技术简介及其研究现状
• 1.3 微流控芯片简介及其在高内涵筛选研究中的应用
• 1.4 图像处理技术在细胞识别中的应用
• 1.5 本论文的研究内容及章节安排
• 第2章 姜黄素诱导 MCF-7 细胞凋亡的研究
• 2.1 本章引论
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要仪器与试剂
• 2.2.1.1 主要仪器
• 2.2.1.2 主要试剂
• 2.2.1.3 主要试剂的配制
• 2.2.2 MCF-7 细胞培养与传代
• 2.2.3 MTT 比色法检测姜黄素对 MCF-7 的抑制作用
• 2.2.4 流式细胞术检测姜黄素对 MCF-7 的促凋亡作用
• 2.3 实验结果
• 2.3.1 姜黄素诱导 MCF-7 细胞凋亡的形态学观察
• 2.3.2 MTT 实验结果
• 2.3.3 流式细胞术定量检测 MCF-7 细胞凋亡结果
• 2.4 讨论
• 2.4.1 细胞凋亡及其检测手段
• 2.4.2 姜黄素诱导 MCF-7 细胞凋亡作用机制
• 2.4.3 MTT 比色法的基本原理
• 2.4.4 流式细胞术检测 MCF-7 细胞凋亡的基本原理
• 2.5 本章小结
• 第3章 细胞凋亡过程中质粒定位变化的分析
• 3.1 本章引论
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要仪器与试剂
• 3.2.2 细胞转染
• 3.2.3 姜黄素刺激
• 3.2.4 染色观察
• 3.2.5 稳转细胞系的筛选
• 3.3 结果
• 3.3.1 三种质粒转染细胞结果
• 3.3.2 姜黄素刺激后，质粒在细胞中的重定位
• 3.3.3 稳转细胞系的筛选结果
• 3.4 讨论
• 3.4.1 影响转染效率的几个主要因素
• 3.4.2 Cyt C, AIF 及 Endo G 在细胞凋亡过程中的作用
• 3.4.3 三种报告质粒从线粒体内释放速度差异的考查
• 3.5 本章小结
• 第4章 微流控芯片上姜黄素诱导凋亡的研究
• 4.1 本章引论
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 仪器与试剂
• 4.2.2 芯片的设计与制作
• 4.2.2.1 芯片的管道结构设计
• 4.2.2.2 PDMS-玻璃微流控芯片的制作
• 4.2.3 芯片工作能力的验证
• 4.2.4 芯片中的细胞培养
• 4.2.5 芯片中的脂质体转染
• 4.2.6 芯片内的药物浓度梯度刺激
• 4.2.7 细胞染色与成像
• 4.2.8 图像分析与统计
• 4.3 实验结果
• 4.3.1 浓度梯度的产生
• 4.3.2 芯片中的细胞培养
• 4.3.3 芯片中的细胞转染
• 4.3.4 MCF-7 细胞凋亡过程中各种参量的变化
• 4.4 讨论
• 4.4.1 芯片工作能力的验证
• 4.4.2 芯片内细胞培养
• 4.4.2.1 芯片的包被
• 4.4.2.2 气泡的去除
• 4.4.2.3 细胞密度的影响
• 4.4.3 芯片内的细胞转染
• 4.4.4 染色结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 运用图像处理进行单细胞凋亡分析的初步尝试
• 5.1 本章引论
• 5.2 实验方法
• 5.2.1 实验思路
• 5.2.2 具体实施方案
• 5.2.3 Matlab 用户界面的设计
• 5.3 用户界面整体功能的实现
• 5.4 讨论
• 5.4.1 圆形度的描述
• 5.4.2 参考阈值的选取
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结和展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 讨论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果