血流中黑色素瘤附着血管壁的水动力学过程与流场分析

摘要

肿瘤细胞通过体内循环系统进行转移，在其外渗阶段它与血管壁内皮细胞层的粘附是非常关键的步骤。已有的研究表明，多形核白细胞在肿瘤细胞的粘附过程中扮演了十分重要的角色。本文以黑色素瘤细胞为对象，研究了肿瘤细胞在围绕着附着在血管壁面的白细胞的运动过程中，周围的流场水动力学环境特别是局部的流场速度剪切率对附着的影响。这对于深入理解肿瘤细胞的内在转移机制和研究相应的治疗手段有着重要的意义。
　　本文以商用计算流体软件Fluent为平台，建立起了一个包括管壁、多形核白细胞和黑色素肿瘤细胞在内的三维数值计算模型。
　　首先对肿瘤细胞相对白细胞多个特殊位置时的流动情况进行了研究，分析了细胞间相对位置的改变对于流场剪切率的影响。其结果较好地符合有关的体外实验数据，证明了数值计算的可行性和有效性。
　　在此基础上，采用准定常描述方法模拟了未考虑细胞表面生物化学键的作用时血液流驱动下的肿瘤细胞在附着于血管的白细胞壁面上的运动过程。研究了在不同剪切来流条件下，肿瘤细胞从白细胞对称面接近附着的白细胞时的动力学特性。结果表明不同剪切来流驱动下的肿瘤细胞相对于白细胞会发生脱离和保持附着两种运动。
　　最后研究了不同初始位置的肿瘤细胞从侧面接近白细胞并与之发生接触，或是恰好从白细胞的侧面滑过而未发生接触时的情况。分析在此过程中的肿瘤细胞运动特性和流动环境。与细胞间发生正面接触运动时的情况进行对比发现：侧面接近的肿瘤细胞的运动特性更为复杂,从而从水动力学角度说明了流动剪切率会对癌细胞与白细胞的粘附产生重要影响。

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第1章 绪论

1.1.研究背景

1.2.相关研究现状

1.3.本文主要工作

第2章 生物力学模型和数值方法

2.1.流动腔几何模型

2.2.细胞几何模型

2.3.基本方程

2.4.CFD及相关软件介绍

2.5.离散方法

2.6.SIMPLE算法

第3章 肿瘤细胞固定时的水动力学分析

3.1.引言

3.2.数值计算模型

3.3.单个细胞情形时流场分析

3.4.多细胞情况时的流场分析

第4章 肿瘤细胞附着过程水动力学分析

4.1. 引言

4.2. 肿瘤细胞正面接近并脱离白细胞

4.3. 肿瘤细胞正面接近并附着白细胞

4.4. 肿瘤细胞侧面接近并脱离白细胞

4.5. 肿瘤细胞侧面接近并滑过白细胞

第5章 结论与展望

5.1. 结论

5.2. 研究展望

参考文献

致谢

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