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目的:原子力显微镜(AFM)可以提供细胞样品的高分辨率的图像形貌信息和生物力学特性,它在生物纳米技术领域带来了许多新的机遇。由于AFM样品制备简单,属于无损伤探测技术,同时允许对生物样品进行高灵敏度的探测,因此开辟了一种新的医学诊断方法,已从单纯成像技术发展到多功能的“针尖实验室”。本研究的目的是用原子力显微镜来探测贫血患者外周血红细胞及治疗前后红细胞的形貌和病理特征变化,获得病理状态下红细胞的超微结构特性,为探讨AFM从纳米超微结构上辅助贫血的早期诊断、治疗和鉴别诊断以及对发病机制的研究是否存在意义。 方法:本课题主要集中在缺铁性贫血、地中海贫血和多发性骨髓瘤患者贫血的研究上,采用以原子力显微镜检测红细胞形貌及生物力学特征为主,结合血常规、红细胞膜蛋白电泳(SDS-PAGE)、血流变、流式细胞术红细胞膜磷脂酰丝氨酸(PS)检测等进行综合研究。第一部分中主要研究缺铁性贫血,这种常见贫血类型为小细胞低色素性贫血,贫血会从分子水平上扰乱外周血红细胞的形态结构和功能。采用原子力显微镜(AFM)对6名健康志愿者的红细胞和6例缺铁性贫血病患者治疗前和治疗后的红细胞进行纳米级的形貌和生物学性质测量、追踪观察。第二部分,地中海贫血和缺铁性贫血同为两种常见的小细胞低色素性贫血,在临床上有效区别两者有重要的诊断意义。本研究采用原子力显微镜(AFM)对6例地中海贫血患者红细胞、6例缺铁性贫血患者红细胞及6例健康志愿者的红细胞进行形貌观察和纳米级精准的红细胞参数测量。第三部分,多发性骨髓瘤系骨髓单克隆浆细胞异常增生的血液系统恶性肿瘤,患者经常合并巨红细胞性贫血。本研究用AFM来探测多发性骨髓瘤化疗前后红细胞的形貌病理特征和生物力学特征。采用原子力显微镜(AFM)对6名健康志愿者的红细胞和6例多发性骨髓瘤合并巨红细胞性贫血患者治疗前后的红细胞进行详细的形貌和生物学参数测量及疗效观察。 结果:获得了以下具有创新性的结果:1.AFM证明贫血性疾病会从分子水平上扰乱红细胞的结构和功能,SDS-PAGE和红细胞膜磷脂酰丝氨酸(PS)检测从宏观结构上予以印证。从纳米量级上探测红细胞的病理生理特性对于揭示疾病的病因、早期诊断和有效的临床治疗具有重要的意义。AFM可以通过红细胞的细胞膜上特征性的结构和红细胞的形貌参数即长度、宽度、长宽比、峰值、谷值、峰谷差、表面起伏度和标准方差来探测健康和病理的红细胞。2.AFM从单个细胞上证明贫血性疾病会改变红细胞的生物力学特性,贫血性疾病的红细胞硬度增高,变形性降低,血液流变学从整体宏观上予以证实这一结果。3.AFM对于贫血性疾病的早期诊断、鉴别诊断和疗效观察具有一定的作用。 结论:原子力显微镜对于辅助诊断和治疗有非常重要的作用,将来或许可以成为贫血诊断、鉴别诊断和治疗精细观察检测的有力辅助仪器,对红细胞病理状态下的超微结构进一步研究,有助于加强我们对疾病的认识。