基于開放式微流控芯片的線蟲細(xì)胞鈣信號(hào)研究.pdf

1、作為模式動(dòng)物，線蟲以其個(gè)體微小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于培養(yǎng)、繁殖迅速、便于進(jìn)行分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)分析及已知的基因圖譜等優(yōu)勢(shì)在發(fā)育生物學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)等研究領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。因其個(gè)體微小，常規(guī)實(shí)驗(yàn)方式難以對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確操控，微流控芯片的應(yīng)用彌補(bǔ)了這一缺陷。微流控芯片的微通道結(jié)構(gòu)尺寸與線蟲大小較匹配，便于對(duì)線蟲實(shí)施各種操作，該技術(shù)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(lǐng)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(cè)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(shí)現(xiàn)對(duì)線蟲的固定。固定好的線蟲可以進(jìn)行高精度實(shí)驗(yàn)操作，例如神經(jīng)元激光燒蝕操作，這些優(yōu)勢(shì)較大的方便了線蟲研究。由此可見，微流控芯片技術(shù)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(shí)現(xiàn)顯微注射首先需要固定線蟲，微流控芯片側(cè)吸固定法是眾多線蟲固定方法之一，但是無(wú)法應(yīng)用于線蟲的顯微注射。本文在側(cè)吸固定線蟲成

3、像的基礎(chǔ)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(cè)吸通道垂直切開，從而制作出一個(gè)側(cè)壁含有側(cè)吸通道的開放式腔室。通過(guò)側(cè)吸，線蟲被固定在此腔室的側(cè)壁，暴露在芯片之外，方便顯微操作。應(yīng)用該技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)線蟲顯微注射、解剖和刺激等操作，例如，對(duì)假體腔、生殖腺及單個(gè)腸細(xì)胞進(jìn)行顯微注射。運(yùn)用該微流控裝置固定線蟲，可以長(zhǎng)時(shí)間保持線蟲活性良好，這有利于進(jìn)行精細(xì)實(shí)驗(yàn)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(jìn)一步進(jìn)行了線蟲腸細(xì)胞鈣信號(hào)機(jī)制的研究。線蟲腸細(xì)胞內(nèi)存在周期性、節(jié)律性鈣信號(hào)，一種從尾端腸細(xì)胞自發(fā)產(chǎn)生的鈣震蕩。周期性鈣信號(hào)是眾多周期性行為分子機(jī)理，例如心臟的自發(fā)性周期性收縮。細(xì)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(guān)系，研究這些相互關(guān)系有利于揭示鈣信號(hào)作用機(jī)理。線蟲腸細(xì)胞為此類研究提供了較好的模型。研究線蟲腸細(xì)胞鈣信號(hào)的機(jī)制對(duì)于揭示鈣震蕩、鈣信號(hào)傳遞等鈣信號(hào)現(xiàn)象的機(jī)理具有重要

5、意義。本文以開放式微流控芯片為平臺(tái)對(duì)線蟲腸細(xì)胞進(jìn)行化學(xué)藥物（毒胡蘿卜素，TG）注射刺激和實(shí)時(shí)腸細(xì)胞鈣成像分析。研究表明：TG顯微注射線蟲腸細(xì)胞可以顯著性引起腸鈣信號(hào)產(chǎn)生。在后端腸細(xì)胞注射TG之后，尾端腸細(xì)胞鈣震蕩被激發(fā)，鈣震蕩頻率呈現(xiàn)逐漸加快的趨勢(shì)，引起向前傳遞的鈣波；對(duì)鈣信號(hào)傳遞進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)鈣信號(hào)被“過(guò)濾”的現(xiàn)象，即只有較強(qiáng)的鈣震蕩才能引起鈣信號(hào)傳遞，較弱的鈣震蕩無(wú)法跨膜傳遞；此外，在腸細(xì)胞TG注射時(shí)，還會(huì)引起相應(yīng)的尾部肌肉收縮，這