新闻快讯

力学讲堂 | 黄建永特聘研究员介绍单细胞生物力学定量表征技术及应用研究

2018-08-29  599

近日,北京大学工学院力学与工程科学系“力学讲堂”邀请黄建永特聘研究员在力学楼434室为师生们作了题为《单细胞生物力学定量表征技术及应用研究》的学术报告,吸引了众多校内外同仁前来倾听。本次学术报告由力学系副系主任熊春阳教授主持。


黄建永特聘研究员作报告

生命体是多层次、非线性、多侧面的复杂结构体,细胞是生命体的结构与生命活动的基本单元。细胞力学性质的变化与细胞的生理、病理功能变化密切相关。单个细胞的直径一般在10~40μm,与细胞外基质相互作用产生的力大小一般在nN量级,作用区域一般不超过50×50μm2,如何在不破坏细胞生物活性的前提下定量表征细胞自身力学特性以及细胞与胞外基质微环境相互作用的力学行为具有重要生理病理意义。

黄建永特聘研究员首先通过“细胞是生命活动的基本单元”“力学信号调控细胞内基因表达和蛋白合成”“力-化学耦合信号调控干细胞分化”“胞外基质刚度调控细胞功能和行为”“细胞力学微环境与诸多疾病的发生发展密切相关”四方面对课题的研究背景进行了详细介绍,随后通过“2D versus 3D culture microenvironments”“Synthesis of alginate-based photocrosslinked hydrogels”等方面对“3D细胞生长力显微镜技术”进行了详细阐释。而后,通过实验数据和模拟图分析相结合的方式介绍了“现有单细胞力学测量方法”“基于介电泳的细胞电变形方法”“实验系统构建”等方面对“基于介电泳的细胞力学表征技术及应用”进行了全面阐述。最后,黄建永特聘研究员对该课题进行了总结和展望。


报告现场

本研究通过制备相容性好,既适合细胞体外培养又利于三维变形测量的水凝胶-荧光弹性基质材料,构建了细胞与三维基质力学相互作用研究的实验微环境;基于激光共聚焦三维断层扫描成像方法和高效数字体积图像相关算法,发展了单细胞与胞外基质相互作用的三维可视化实验技术;基于非线性大变形有限元方法和Tikhonov正则化策略,发展了细胞三维生长力反演技术;定量表征了肿瘤细胞三维生长分裂过程的力学特性,建立了单个肿瘤细胞在三维基质中生长分裂的生物力学模型,为细胞与三维基质相互作用及其诱发的力-生化信号转导机制研究提供了精准可靠的表征技术和实验方法;在此基础上,基于微流控芯片技术,发展了一套基于电变形芯片的细胞力学检测方法,实验发现乳腺癌和肺癌细胞在转化生长因子TGF-β1诱导的上皮-间质转化前后,其单细胞的粘弹性力学特性会发生显著变化,该方法有望用于临床上对肿瘤细胞恶性程度进行高通量无损和非标记定量表征分析。


提问交流

报告结束后,在场的师生们就黄建永老师的报告内容进行了热烈的交流和讨论,部分同学相继与黄老师进行了深入探讨。本期“力学讲堂”圆满结束。
 

新闻小贴士
 
1.报告人简介:
黄建永特聘研究员,2009年获得北京大学力学与工程科学系力学(生物力学与医学工程)专业博士学位,随后分别在北京大学物理学院和美国杜克大学从事博士后研究工作。2017年9月加入北京大学工学院力学与工程科学系。主要在生物力学与医学工程、实验力学等相关交叉学科领域开展研究工作,发表SCI期刊论文50余篇,申请国家发明专利7项。先后主持国家自然基金青年基金、国家自然基金面上项目、北京大学临床医学+X等科研项目,作为骨干成员参与美国NIH和NSF项目、中国国家自然基金、科技部973项目、北京市自然基金重点项目等多项科研项目。
 
2.力学讲堂是力学系组织的学术报告,每两周一次,报告人为力学系教师及部分系友,旨在增进学术交流和沟通,目前已组织四个学期,吸引了众多师生前来倾听。