基于開放式微流控芯片的線蟲細胞鈣信號研究.pdf

1、作為模式動物，線蟲以其個體微小、結構簡單、易于培養(yǎng)、繁殖迅速、便于進行分子生物學實驗分析及已知的基因圖譜等優(yōu)勢在發(fā)育生物學、神經(jīng)生物學等研究領域發(fā)揮重要作用。因其個體微小，常規(guī)實驗方式難以對其進行準確操控，微流控芯片的應用彌補了這一缺陷。微流控芯片的微通道結構尺寸與線蟲大小較匹配，便于對線蟲實施各種操作，該技術已經(jīng)在線蟲固定成像、藥物刺激、高通量篩選等諸多研究領域中發(fā)揮重要作用。例如，在線蟲固定成像操作中可以利用錐形通道、氣閥、側吸通道

2、、二氧化碳麻醉、冷卻麻醉及熱敏凝膠固定等方式實現(xiàn)對線蟲的固定。固定好的線蟲可以進行高精度實驗操作，例如神經(jīng)元激光燒蝕操作，這些優(yōu)勢較大的方便了線蟲研究。由此可見，微流控芯片技術為線蟲研究提供了有力的研究工具，并且在深度和廣度上拓展了線蟲研究的內(nèi)容。
　　在線蟲的研究中，顯微注射已經(jīng)成為一種不可或缺的研究手段，實現(xiàn)顯微注射首先需要固定線蟲，微流控芯片側吸固定法是眾多線蟲固定方法之一，但是無法應用于線蟲的顯微注射。本文在側吸固定線蟲成

3、像的基礎上發(fā)展出一種新型用于線蟲微注射的開放式微流控芯片，將側吸通道垂直切開，從而制作出一個側壁含有側吸通道的開放式腔室。通過側吸，線蟲被固定在此腔室的側壁，暴露在芯片之外，方便顯微操作。應用該技術，可以實現(xiàn)線蟲顯微注射、解剖和刺激等操作，例如，對假體腔、生殖腺及單個腸細胞進行顯微注射。運用該微流控裝置固定線蟲，可以長時間保持線蟲活性良好，這有利于進行精細實驗操作與成像分析。另外，本文建立的開放式芯片單元可以與其他微流控單元集成，形成多

4、功能的線蟲分析裝置。
　　基于該新裝置，本文進一步進行了線蟲腸細胞鈣信號機制的研究。線蟲腸細胞內(nèi)存在周期性、節(jié)律性鈣信號，一種從尾端腸細胞自發(fā)產(chǎn)生的鈣震蕩。周期性鈣信號是眾多周期性行為分子機理，例如心臟的自發(fā)性周期性收縮。細胞質(zhì)周期性鈣震蕩與線粒體及線粒體內(nèi)呼吸鏈有密切關系，研究這些相互關系有利于揭示鈣信號作用機理。線蟲腸細胞為此類研究提供了較好的模型。研究線蟲腸細胞鈣信號的機制對于揭示鈣震蕩、鈣信號傳遞等鈣信號現(xiàn)象的機理具有重要

5、意義。本文以開放式微流控芯片為平臺對線蟲腸細胞進行化學藥物（毒胡蘿卜素，TG）注射刺激和實時腸細胞鈣成像分析。研究表明：TG顯微注射線蟲腸細胞可以顯著性引起腸鈣信號產(chǎn)生。在后端腸細胞注射TG之后，尾端腸細胞鈣震蕩被激發(fā)，鈣震蕩頻率呈現(xiàn)逐漸加快的趨勢，引起向前傳遞的鈣波；對鈣信號傳遞進一步分析發(fā)現(xiàn)鈣信號被“過濾”的現(xiàn)象，即只有較強的鈣震蕩才能引起鈣信號傳遞，較弱的鈣震蕩無法跨膜傳遞；此外，在腸細胞TG注射時，還會引起相應的尾部肌肉收縮，這