收藏本站
《重庆大学》 2018年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于胞内钙信号研究生理氧分压对原位软骨细胞和胞外基质沉积的影响

周瑾  
【摘要】:软骨组织中氧含量分布不均,且软骨细胞在各结构层中的形态学和生物学差异较大,目前体外实验已证实氧浓度变化会明显影响离体培养软骨细胞的增殖、分化及表型,但生理氧分压对组织中各层原位软骨细胞的影响尚不清楚。研究显示氧分压会影响胞内钙离子浓度,而钙离子水平会影响软骨细胞的胞外基质分泌、软骨的衰老和力学传导等生理功能。所以本研究基于胞内钙信号探究生理氧分压对原位软骨细胞和胞外基质的影响;并从胞内钙信号和生理氧分压出发,找到不同层中利于胞外基质合成的方法。另外,由于现有钙信号检测技术的数据处理过程繁琐且耗时长,所以本研究基于深度学习方法改进了钙信号检测的数据处理过程。本研究启发了在软骨发育的关键科学问题研究中应充分考虑由结构层和氧分压带来的影响,应尽量分结构层探讨软骨细胞和软骨组织的生理或病理状态。同时,本研究有利于指导未来的临床应用,例如为软骨组织修复、原位软骨细胞体外培养、3D打印构建软骨组织等研究,提供钙信号与氧分压方面的理论依据,以及各项胞内钙信号检测指标;通过模拟和调控最适氧分压来影响软骨组织的发育。另外,基于深度学习的钙信号检测技术改进,克服了较厚软骨组织和动态变化细胞轮廓带来的细胞识别困难,以及活细胞中不规则钙信号曲线不易识别的缺点,有利于提高胞内钙信号检测效率,普及钙信号检测技术,降低钙信号检测的使用门槛。所以本研究在丰富理论知识和临床应用方面均有重要的意义。基于以上,本论文的主要研究内容和结果如下:(1)原位软骨细胞钙信号检测实验和胞外基质检测实验的方法构建钙信号检测方法:用荧光钙离子探针标记原位软骨细胞,在普通荧光显微镜下记录并计算出10分钟内细胞的钙响应情况。实验中,利用钙响应波峰形状定义了快慢峰并算出快峰出现率,利用钙响应峰面积算出钙总量。胞外基质检测实验:分别用免疫组化和阿尔新蓝对胞外基质中的COLL-II和GAG进行染色,利用分层圈选胞外基质区域的方法,半定量计算出胞外基质。结果显示,构建的原位软骨细胞钙信号检测法和胞外基质检测法可行。根据已有报道结合钙信号和胞外染色结果,把猪源透明软骨重新分为6层,实验结果显示结构层会明显影响原位软骨细胞钙信号和胞外基质代谢。(2)氧分压对自发钙响应的影响软骨组织在不同生理氧分压和钙来源下处理3小时和24小时后。结果显示,除钙总量在正常氧下升高外,其他钙信号指标均在高氧下增强;钙信号随培养时间的增加而减弱;化学药物模拟低氧环境下的钙信号结果不能代表真正低氧压;发现并总结了各层中益于钙信号增强的最适氧分压。其次,胞外钙和胞内钙对钙信号都有贡献,无论哪种钙源短缺,除快峰外的其他钙信号指标都会明显减弱;当胞外和胞内Ca~(2+)同时短缺时,所有层原位软骨细胞在缺氧时仍能使用Ca~(2+);但高氧和正常氧只能使中间偏下区域的原位软骨细胞使用Ca~(2+)。另外,研究中还发现在所有氧分压下胞内Ca~(2+)进出细胞质速度快,但胞外Ca~(2+)进出细胞质的速度慢。(3)氧分压对软骨组织胞外基质的影响软骨组织片在不同氧分压下处理3天和7天后,正常氧利于COLL-II,高氧利于GAG;在高氧下长时间培养软骨组织会同时减少COLL-II和GAG,但在正常氧下长时间培养软骨组织会增加COLL-II,减少GAG;化学药物模拟低氧环境下COLL-II和GAG的代谢情况不能代表真正低氧压;同时,我们也找到各层中利于COLL-II和GAG的最适氧分压。(4)原位软骨细胞钙信号与胞外基质的关系所有钙信号指标中,钙总量与COLL-II有关,快峰出现率与GAG有关。由于钙来源与胞内钙信号息息相关,用EGTA和毒胡萝卜素(TG)追踪钙来源对胞外基质的影响,可以进一步探讨钙信号与胞外基质的关系。结果显示COLL-II的合成需要Ca~(2+),并且同时需要胞外和内质网(ER)的Ca~(2+),当两种钙源同时缺乏时,胞内会临时启动钙非依赖性途径合成COLL-II;而Ca~(2+)不利于GAG的合成,当胞内钙信号由于钙源的减少而下降时,GAG会明显增多。(5)基于深度学习的分类问题改进胞内钙信号检测技术通过文献调研和分析钙信号检测特征,选用全卷积神经网(FCN)和循环神经网络(RNN)的LSTM-F模型构建新型胞内钙信号检测技术,经过三次模型调整的FCN语义分割法能准确识别出钙响应过程中的原位软骨细胞;把重叠图的细胞还原到原视频,可以准确采集到钙信号时间序列信息,并且不受原图颜色改变的影响;自主搭建符合钙信号曲线特点的LSTM-F网络收敛速度快、准确率高、稳定性好,可准确识别出钙响应波峰个数和钙响应波峰起止点位置。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:R329.2

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 刘建伟;刘媛;罗雄麟;;深度学习研究进展[J];计算机应用研究;2014年07期
中国硕士188bet全文数据库 前3条
1 徐聪;基于卷积—长短时记忆神经网络的时序信号多粒度分析处理方法研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
2 程辉;基于时间序列分析的人体运动行为模式识别研究[D];浙江工商大学;2017年
3 张梦;基于深度学习的脑电识别方法研究与应用[D];北京工业大学;2016年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前7条
1 康晓东;王昊;郭军;于文勇;;无监督深度学习彩色图像识别方法[J];计算机应用;2015年09期
2 崔鹏飞;裘玥;孙瑞;;面向网络内容安全的图像识别技术研究[J];信息网络安全;2015年09期
3 雷亚国;贾峰;周昕;林京;;基于深度学习理论的机械装备大数据健康监测方法[J];机械工程学报;2015年21期
4 逯玉婧;;一种基于深度信念网络的入侵检测模型[J];网络安全技术与应用;2015年08期
5 万杰;马国林;苏鹏宇;胡清华;于达仁;;基于生成型深信度网络的回归算法鲁棒性分析[J];科学技术与工程;2015年22期
6 黄琳;张尤赛;;应用深层卷积神经网络的交通标志识别[J];现代电子技术;2015年13期
7 王璟尧;刘云海;;一种混合深度网络的抗噪性能研究[J];计算机工程;2015年11期
中国硕士188bet全文数据库 前1条
1 丛珊;基于深度学习的癫痫脑电信号分类方法研究[D];哈尔滨工程大学;2017年
【二级参考文献】
中国硕士188bet全文数据库 前10条
1 胡新辰;基于LSTM的语义关系分类研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
2 商俊蓓;基于双向长短时记忆递归神经网络的联机手写数字公式字符识别[D];华南理工大学;2015年
3 黄承恺;多传感器信息融合算法在室内定位中的应用[D];北京邮电大学;2015年
4 苏婷;传感器信息集成在人体运动姿态捕获与识别中的应用研究[D];哈尔滨理工大学;2015年
5 姚河花;基于梯度方向直方图的人体检测算法的改进[D];电子科技大学;2014年
6 师小凯;基于隐马尔科夫模板模型的视频动作识别算法研究[D];武汉理工大学;2013年
7 向华琦;基于时间序列分析法的大坝变形监测数据分析研究[D];西北农林科技大学;2012年
8 谷艳蕾;基于运动想象和alpha波的脑机接口及虚拟漫游系统[D];浙江大学;2012年
9 张聪;基于运动图像混合维度特征的人体红外步态识别技术研究[D];天津大学;2010年
10 刘净瑜;运动想象脑电信号的识别方法及应用[D];北京工业大学;2009年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 ;钙信号前沿国际研讨会通知[J];生物物理学报;2010年02期
2 ;钙信号前沿国际研讨会通知[J];生物化学与生物物理进展;2010年03期
3 ;钙信号前沿国际研讨会通知[J];生物化学与生物物理进展;2010年04期
4 郑良宏;;第六届全国钙信号和细胞功能研讨会在青岛召开[J];生物物理学报;2006年03期
5 唐维平;司良毅;;细胞核钙信号[J];国外医学(老年医学分册);2004年02期
6 刘冀珑,卢青,陈大元;核钙信号[J];生命科学;2001年01期
7 ;核内钙信号来源[J];国外医学(生理、病理科学与临床分册);1995年03期
8 吴巨友;靳丛;张绍铃;;花粉管钙信号特性及其调控研究进展[J];西北植物学报;2011年01期
9 ;第十届钙信号和细胞功能研讨会[J];生物化学与生物物理进展;2014年05期
10 张红;核钙信号调控的研究进展[J];重庆医学;2004年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 施小民;;一类钙信号解码器的精确解[A];第十届全国生物力学学术会议暨第十二届全国生物流变学学术会议论文摘要汇编[C];2012年
2 郑良宏;;第六届全国钙信号和细胞功能研讨会在青岛召开[A];中国生理学会论文汇编2006年第三期[C];2006年
3 陈耀文;肖剑锋;罗为明;黄静霞;林月娟;沈智威;沈建新;吴仁华;;超低频磁场照射对心肌细胞胞内钙信号影响的研究[A];中国遗传学会第十届全国激光生物学学术会议论文摘要集[C];2009年
4 任秀秀;刘作易;刘永翔;;钙信号调控阻断剂对冠突散囊菌产孢的影响[A];中国菌物学会第六届会员代表大会(2014年学术年会)暨贵州省食用菌产业发展高峰论坛会议摘要[C];2014年
5 程和平;欧阳昆富;魏朝亮;魏盛;刘杰;;钙火花与细胞钙信号系统[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(上)[C];2005年
6 胡茂丰;张玲;钟晓红;;钙与激素的关系及其在果树上的调控作用[A];园艺学文集——湖南省园艺学会第八次会员代表大会暨学术年会论文集[C];2005年
7 陈凤容;胡亚莉;阎岩;朱莉萍;胡清华;;钙贮池排空后STIM1分布的变化及其在核钙信号中的作用[A];中国生理学会第23届全国会员代表大会暨生理学学术大会论文摘要文集[C];2010年
8 赵畅;苏祖琦;许华曦;陈晔光;张秀芳;赵南明;刘代成;公衍道;;Aβ对细胞钙信号的影响[A];中国科协2005年学术年会生物物理与重大疾病分会论文摘要集[C];2005年
9 Yu-er Wu;Ryosuke Enoki;Yoshiaki Oda;黄志力;Ken-ichi Honma;Sato Honma;;下丘脑室旁核和室旁下核钙信号的次昼夜生物节律[A];中国睡眠研究会第十届全国学术年会汇编[C];2018年
10 邵颖;刘丹;刘诺亚;徐婷婷;朱丹雁;;同型半胱氨酸致人脐静脉内皮细胞线粒体损伤中钙信号研究[A];中国毒理学会第七次全国会员代表大会暨中国毒理学会第六次中青年学者科技论坛论文摘要[C];2018年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 记者 赵凤华;北大分子医学研究所一研究论文在Nature发表[N];科技日报;2009年
中国博士188bet全文数据库 前10条
1 周瑾;基于胞内钙信号研究生理氧分压对原位软骨细胞和胞外基质沉积的影响[D];重庆大学;2018年
2 魏玉苹;细胞核中Tau蛋白磷酸化与核钙信号的交互作用[D];华中科技大学;2017年
3 张全超;自由清醒小鼠躯体运动及排尿行为相关的皮层神经元集群钙信号研究[D];第三军医大学;2017年
4 沈竹夏;钙信号对气孔调控作用机制的探讨[D];浙江大学;2009年
5 陈凤容;STIM1的分布变化及其在核钙信号中的作用[D];华中科技大学;2012年
6 方慧慧;H_2S与钙信号互作增强植物铬耐受性的分子机制[D];山西大学;2017年
7 王海雁;荧光法研究外源性小分子对淋巴细胞钙信号的影响[D];山西大学;2008年
8 赵媛;飞秒激光刺激诱导星形胶质细胞钙信号及其通信研究[D];华中科技大学;2012年
9 孙建;微流控芯片细胞钙信号研究[D];华中科技大学;2011年
10 陈鹏;细胞化学刺激的微流控芯片新方法研究[D];华中科技大学;2016年
中国硕士188bet全文数据库 前10条
1 牛帅;Bcl-2蛋白抑制钙信号的建模与双钙库模型的分岔分析[D];山西大学;2018年
2 杨艺;Flg22诱导拟南芥钙信号缺失突变体的筛选[D];杭州师范大学;2018年
3 何佳霖;钙信号介导的肠黏膜离子转运的调节机制[D];遵义医学院;2018年
4 刘楠楠;基于光纤光度检测法的癫痫样小鼠海马、内嗅皮层钙信号的研究[D];天津医科大学;2017年
5 赵畅;阿尔茨海默症模型细胞的钙信号研究[D];山东师范大学;2005年
6 张蓓;在小麦受叶锈菌侵染过程中特异性钙信号形成机制的探究[D];河北农业大学;2008年
7 王鹏飞;钙信号系统在地黄连作障碍过程中的异常响应[D];河南农业大学;2014年
8 肖剑锋;心肌细胞胞内钙信号研究:低钾、高钾及硝苯地平的影响[D];汕头大学;2008年
9 姚丽君;大鼠颈上神经节细胞内局部钙信号的研究[D];浙江大学;2006年
10 吕彬;钙信号通过IP3通路对正常与肥胖小鼠脂解作用的影响[D];西北农林科技大学;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026