目的 传统的二维细胞培养系统因很少引入细胞外基质而不能提供一个很好的细胞生长微环境,保持细胞生物学特性,造成肿瘤细胞在超声辐照过程中不能保持贴壁生长,从而引起细胞脱壁,进而不能在乳腺癌细胞(MDA-MB-231)侵袭和转移机制方面更好进行研究.因此,本研究运用三维细胞培养模型(matrigel),建立3D细胞培养模型在体外构建与体内相近的细胞发育结构系统,探讨不同声压的脉冲式高强度聚焦超声(pulsed high intensity focused ultrasound,pHIFU)对体外培养的人MDA-MB-231细胞迁移能力的影响.另外,由于肿瘤细胞转移的分子机制及其复杂,本研究我们将尝试利用数学建模方法探讨其机理.方法 8孔腔室玻片2张,将Matrigel(美国BD公司)置入预冷的8孔腔室玻片内,每个孔内铺胶50ul,接种细胞10 000个,200ul培养液,置入37℃、100％湿度、含5％CO2的培养箱中培养,24小时后进行pHIFU超声辐照.8孔分4组,用声压1Mpa、3Mpa、5Mpa和7Mpa每孔分别辐照3分钟,另一组为对照组.治疗结束后立刻置于拥有37℃、100％湿度、含5％CO2箱体的共聚焦显微镜下拍照,设置每两分钟拍照一张,共计拍照20小时,拍照顺序如图,所有照片制成DVD,利用数学方法和计算机软件建立了一个时变黎曼流形上的随机几何图模型.结果 经pHIFU辐照后的细胞,形态变圆,体积增大,活动能力明显降低.治疗前细胞的运动速度快,导致分裂的细胞在一定时间后将离开原来的细胞周边.这样细胞连接周边细胞的能力降低,等效为模型的一个参数A值小.治疗后,细胞的运动速度减小,导致分裂的细胞在原来的细胞周边.根据黎曼流形中距离的三角不等式,分裂的细胞在其祖父细胞周边.我们推断细胞可能连接的细胞个数的期望值为A22b(t_0-t).为了从几何上对应于细胞的聚团现象,我们在边上加入引力,并根据细胞的增生特点,不加入斥力.这样将连接的节点拉到一起,从几何上刻画了聚团现象.结论 pHIFU可以明显降低肿瘤细胞的迁移运动能力和增值能力,通过计算机模拟,建立双曲几何流(hyperbolic geometric flow, HGF)一个非平凡解上的随机几何图模型,发现其能够很好地刻画肿瘤细胞运动、分裂过程,从而可以推断出肿瘤细胞治疗前后细胞运动范围.