红细胞在高剪切速率下穿越狭缝的动态变化

目的探讨剪切速率和狭缝尺寸对于红细胞穿越狭缝的动态变化的影响。方法建立单个红细胞的粗粒化分子动力学模型,模拟红细胞在不同剪切速率下穿过不同的细胞尺度的狭缝的过程。构建微流控芯片在相同的流动条件下对于红细胞穿越狭缝过程进行观测,与模拟的动态过程进行比较。结果模拟结果揭示了在不同剪切速率和狭缝尺寸下,红细胞穿越狭缝的6种不同动态状态,分别是穿越狭缝且细胞膜保持完整,穿越狭缝且细胞膜产生可愈合的孔隙,穿越狭缝且细胞膜产生不可愈合的孔隙,细胞裂解,无法通过狭缝且细胞膜保持完整,无法通过狭缝且细胞裂解。相同剪切速率水平下,由于狭缝尺寸不同,细胞穿越过程会呈现出不同的动态变化。微流控实验测量了红细胞在微流控通道中完整穿越狭缝的过程中长宽比的变化和穿越时间,与仿真结果相似。通过对细胞膜进行荧光标记,发现了红细胞膜在不同的剪切应力下发生了与仿真过程类似的动态变化。通过扫描电子显微镜观察穿越狭缝以后的红细胞,发现了细胞膜上确实存在不同尺寸的无法愈合的孔隙。结论剪切速率和狭缝尺寸共同决定了红细胞穿越狭缝的动态变化。溶血模型在分析细胞尺度狭缝中高剪切速率血流时需要同时考虑流体作用和固体壁面作用。