血管内皮屏障功能不良是动脉粥样硬化发生的关键始动因素。血管内皮通透性是检测内皮屏障功能的计量指标。内皮细胞通透性升高的原因包括细胞骨架改变、细胞收缩以及细胞偶联等,血管通透性的破坏就是由于内皮细胞骨架所产生的收缩力作用而打破了细胞-细胞与细胞-细胞外基质的平衡所致,并是炎症产生的一个主要原因。目前用于内皮细胞通透性评估方法的金标准有大分子通透性与跨内皮电阻测定。但更理想的是建立基于直接测定内皮细胞骨架力学性能与细胞收缩力的方法。可目前尚末有合适的技术能以动态持续的方式测量包括粘弹性与收缩或牵引力在内的血管内皮细胞的力学性能,严重影响了细胞力学在血管屏障功能检测和药物作用评价等方面的研究与应用。本论文首次采用双谐振(AT与BT切)石英微天平技术定量测定了人脐静脉内皮细胞(HUVECs)粘附过程细胞施加给传感器上的表面应力或细胞牵引力,同时以细胞粘弹性指数(CVI)来表征细胞的软硬程度,考察了影响血管屏障功能药物对HUVECs牵引力与细胞粘弹性的影响。本论文具体结果如下:1)采用9 MHz AT与BT切裸金电极石英晶体定量测定了不同细胞数目(20,000-40,000)HUVECs细胞粘附过程伴随的细胞牵引力变化,实验结果表明30,000细胞时牵引力最大且不受细胞-细胞相互作用影响。进一步在此细胞数目下在金电极表面修饰了fibronectin以促进细胞粘附,测定HUVECs在内皮屏障功能障碍药物凝血酶和内皮屏障功能保护药物y-27632作用后细胞牵引力与粘弹性的动态变化,结果表明凝血酶使细胞牵引力增加、细胞变硬,y-27632使细胞牵引力减小、细胞变软。2)将石英晶体微天平(QCM)与活细胞成像技术联用实时监测了不同浓度(1×104-4×104个)HUVECs在ITO石英晶体电极上的动态粘附过程。结果显示,QCM频移(Δf)、动态电阻变化(ΔR)均随HUVECs浓度增加而变大,细胞粘弹性指数(CVI=ΔR/Δf)亦随细胞浓度增加而增大,表明细胞呈现较有组织的细胞骨架结构而变硬,与荧光标记应力纤维的结果一致。凝血酶和y-27632药物处理前后,HUVECs细胞形态变化不明显,但CVI变化较大(分别增加与减小),提示细胞变硬与变软。说明QCM信号比光学信号更为敏感。为实现QCM与荧光显微镜同时测定与观察细胞骨架,通过Lifeact标记了HUVECs细胞、NRK大鼠肾细胞和H9C2大鼠心肌细胞微丝,观察结果表明对HUVECs细胞微丝标记结果不理想,但对NRK和H9C2细胞微丝标记结果较好。我们认为HUVECs属于难转染细胞系,Lifeact对HUVECs微丝的标记不适合采用瞬时转染法。我们正通过建立慢病毒介导的稳定转染株来解决这一问题。综上,本研究所采用的高等压电双谐振传感技术,可用于定量测定HUVECs施加给传感器表面的应力或牵引力;通过与荧光显微镜联用,本论文实现了细胞力学性能和形态变化的同步测定。特别地,采用高等压电双谐振传感技术首次实现了HUVECs在内皮屏障通透性激动剂凝血酶与拮抗剂y-27632作用下细胞收缩或牵引力与细胞粘弹性变化的同时测定,结果表明在凝血酶作用下,细胞收缩力增加、细胞变硬;在y-27632作用下,细胞收缩力减小、细胞变软。本论文所建立的高等压电双谐振传感技术可望作为研究血管内皮细胞力学性能损伤与保护机制及影响血管屏障药物的评价与细胞毒性测试的理想工具。