肿瘤微环境中免疫细胞运动行为特性的多参数表征方法研究

摘要

免疫细胞比任何其他细胞在体内的分布都更为广泛，迁移是其免疫功能的基础。免疫细胞对病原体的响应通常需要长程的迁移过程。为了揭示免疫过程的调节机制，研究免疫细胞的行为特征，以及为疾病的诊断提供更多的生物学信息，对活体成像获取的频域、时域、空间域多维数据的提取和处理是至关重要的。然而，海量数据的处理、运动行为特征的分析是研究免疫应答过程中免疫细胞迁移所面临的巨大挑战。目前，用于表征细胞动力学的参数越来越丰富，单一的参数不能准确表征细胞运动行为。基于所在课题组数据分析的需求，本论文建立了一套完整的细胞运动动力学分析方法，能够实现细胞运动特征的定量分析。 基于建立的细胞动力学多参数分析方法，我们用其分析肿瘤微环境中免疫细胞运动的行为特征。通过对比瞬时速度与形状指数的曲线变化，证明两者变化的对应性，表明细胞通过改变其自身的形态来调节迁移的速度。绘制瞬时速度与形状指数的散点图，发现一个形状指数可以对应多个瞬时速度，一个瞬时速度同时也能对应多个形状指数，表明免疫细胞在迁移过程中的瞬时速度由自身形态调控的同时还受到所处环境的影响。在短时间间隔内，观察到免疫细胞运动的相对角度分布呈U形，表明短时间内免疫细胞运动具有方向持续性。随着时间间隔的增加，相对角度分布先加深U形分布，随后逐渐趋向平坦，表明长时间间隔中细胞运动方向互不影响。免疫细胞运动轨迹的平均非球面性在免疫组和未免疫组中没有差异，推测运动轨迹的形态是细胞固有性质。 通过比较肿瘤内外免疫细胞的运动状态，我们发现肿瘤外周免疫细胞具有明显的方向选择性。由于肿瘤内部免疫细胞与肿瘤细胞的相互作用，平均速度、限制比率、捕获系数、MSD拟合直线的斜率等参数都表明肿瘤外周免疫细胞比肿瘤内部免疫细胞运动更活跃，趋向性更强。根据运动类型判断的经典参数，在log-log坐标轴上绘制MSD，曲线近似tα,α为1.63，区别于布朗运动预期的1。α值落在1＜α＜2的范围内，认为在肿瘤微环境中肿瘤浸润免疫细胞遵循超扩散运动的规律。

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