微血管中细胞运动及粘附的数值分析

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本文应用计算机数值模拟方法,对微血管中多个红细胞影响下的白细胞或循环肿瘤细胞在的变形、运动和黏附过程进行了研究,对细胞膜应力变化进行了定量分析。  本文采用浸入式边界法(the Immersed Boundary Method)对细胞膜-流体间的相互作用进行模拟。运用SMAC算法处理Navier-Stokes方程和质量守恒方程的耦合。对亚细胞尺度,细胞膜表面受体和配体的结合,采用采用随机蒙特卡罗模型模拟。本文对红细胞膜、白细胞膜采用超弹性模型,粘附键产生的粘附力采用线弹性模型。  本文对不同红细胞体积比、不同血管狭窄程度条件下白细胞的变形、运动和黏附过程进行了数值模拟。结果表明:细胞在流场中的变形程度与细胞周围流体的剪切率紧密相关,初始位于血管壁附近细胞的变形比位于流动对称中心的细胞的变形更显著;细胞周围流场剪切速率的增大使得细胞受到的升力增强,细胞向流场中心迁移的速度增大;因为不同细胞变形能力的差别,增加红细胞体积比使得白细胞在血流中更趋近于血管壁,增大了白细胞与血管壁之间的粘附概率;血管中的狭窄阻塞了血流通路,使得细胞在通过狭窄部位时变形增大,细胞膜表面应力随狭窄率呈指数增长。  本文研究以人体微循环系统相关疾病为背景,耦合多尺度和多物理机理,数值分析结果对相关的细胞力生物学研究具有一定的参考价值。
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