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骨再造阈值与几个细胞通路定量关系研究

作　者: 杜军妍
导　师: 郭同彤
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 力学
关键词: 细胞通路细胞因子骨再造阈值定量关系
分类号: Q441
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

国内外学者通过大量研究表明，有多种细胞通路在调控骨细胞的功能、控制骨量和骨重建等方面做出了重大贡献。骨代谢过程是由内部细胞通路和力学环境共同作用的结果，在骨再造理论中表现为骨再造阈值的改变，导致骨密度的变化，细胞通路与骨再造阈值之间一定存在着定量关系。本课题的目的在于以骨再造方程为基础，从生物力学角度进行研究，建立骨再造与细胞通路之间的数值定量关系，并对该定量关系进行数值模拟验证分析。本文针对于骨代谢相关的细胞通路，归纳总结几个细胞通路的机理，并选择出每个细胞通路中具有代表性的细胞因子。之后回归分析拟合出骨再造阈值k与几个细胞通路的定量关系，以骨再造理论为指导，根据文献中查到的正常对照组的骨密度变化，计算出一系列的正常组骨再造阈值，结合细胞通路中重要细胞因子在正常细胞培养所测的实验数据建立回归模型。最终对定量关系进行模拟验证，利用实验室现有的有限元模型为研究对象，采取正常组的细胞通路因子数据作为模拟初始值，模拟出基因变化组的骨密度变化，得到新的细胞通路因子和骨再造阈值的模拟结果。本文将对基因变化组进行了两次模拟。第一组直接模拟文献骨密度变化的作为前者进行模拟，骨密度模拟的相对误差为0.8%左右，骨再造阈值模拟的最大相对误差是20.77%，其它大多在3%左右。第二组把文献中的骨密度对应到模型当中去，不改变骨密度变化率的基础上进行统一规范化，以0.7115作为骨密度的初始值，继续模拟，骨密度模拟相对误差为0.2%左右，骨再造阈值模拟相对误差最大为12.97%，其它大多在1%到2%之间，模拟结果要好于上组。基因变化组中细胞因子的模拟结果，与正常对照组进行比较，与文献中目的细胞因子的基因变化是一致的，也证明了细胞通路不是独立作用的，细胞通路之间是会进行交叉传导的。通过模拟得到了基因变化组中骨再造阈值的结果，并与理论计算结果进行对比，对比结果验证了本课题拟合的多元线性回归方程的合理性。本文的结论是对与骨代谢相关细胞通路进行研究，建立了骨再造阈值与几个细胞通路之间的定量关系，并进行模拟验证，这一过程为探讨骨代谢的生物力学信号转导机制对于阐明骨再造的机理提供了新思路。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 课题背景及研究工作的目的与意义  9-11
    1.1.1 课题背景  9-10
    1.1.2 本课题研究目的及意义  10-11
  1.2 国内外在该方向的研究现状与分析  11-15
    1.2.1 影响骨代谢的几种重要生化因素  11
    1.2.2 与骨代谢相关的重要细胞通路  11-13
    1.2.3 骨再造及数值模拟  13-14
    1.2.4 国内外研究现状简析  14-15
  1.3 本课题主要研究内容  15-17
第2章与骨代谢相关的细胞通路机理分析  17-21
  2.1 引言  17
  2.2 几种骨代谢生化因素  17
  2.3 与骨代谢相关的几个细胞通路  17-18
  2.4 几个细胞通路间的相互作用关系  18-19
  2.5 骨代谢生化因素与细胞通路间的关系  19-20
  2.6 本章小结  20-21
第3章几个细胞通路实验数据分析  21-26
  3.1 引言  21
  3.2 细胞因子的选择  21-23
  3.3 细胞因子数据的获取  23-25
  3.4 本章小结  25-26
第4章骨再造阈值分析  26-34
  4.1 引言  26
  4.2 骨再造方程机理  26-27
  4.3 数值研究算法  27
  4.4 计算骨再造阈值  27-33
    4.4.1 不同情况下的应变能密度  27-28
    4.4.2 骨密度数据的获取及骨再造阈值  28-33
  4.5 本章小结  33-34
第5章骨再造阈值与细胞通路的回归分析  34-42
  5.1 引言  34
  5.2 回归分析理论及回归模型  34-36
  5.3 多元线性回归过程  36-38
    5.3.1 数据文件的输入  36-37
    5.3.2 统计分析过程  37-38
  5.4 多元线性回归结果  38-41
  5.5 本章小结  41-42
第6章有限元模拟分析的最终结果及其验证  42-60
  6.1 引言  42
  6.2 模拟模型的选择  42-43
  6.3 数值模拟基本流程及算法  43-45
    6.3.1 基本流程  43-44
    6.3.2 数值模拟算法  44-45
  6.4 程序设计流程  45-46
  6.5 不同情况下的模拟结果  46-52
    6.5.1 模拟基因变化组未规范化骨密度的结果  47-50
    6.5.2 模拟基因变化组规范化骨密度的结果  50-52
  6.6 模拟结果分析  52-59
    6.6.1 骨密度变化  53-57
    6.6.2 细胞因子模拟结果对比分析  57-58
    6.6.3 骨再造阈值模拟结果对比分析  58-59
  6.7 本章小结  59-60
结论  60-61
参考文献  61-66
致谢  66

骨再造阈值与几个细胞通路定量关系研究

内容摘要

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