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近日，太阳成材料科学与工程学院李华兵教授在淋巴输运的研究领域取得了新进展，相关研究成果以“Fluid dynamics and leukocyte transit in the lymphatic system”为题，以太阳成为第一地址，以第一作者在线发表于PNAS Nexus上。哈佛大学医学院麻省总医院，放射肿瘤学系癌症中心，斯蒂尔实验室的Lance资深副教授为通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金等项目的支持。
淋巴系统负责液体内稳态和对免疫系统至关重要的细胞输运，它也是癌细胞转移的一种途径。当细胞通过微血管时，淋巴系统暴露在相对恒定的剪切应力水平下，而在淋巴系统中，血管收缩造成腔内剪切应力产生较大的时间和空间变化，峰值水平约为平均剪切应力的20倍。此外，由于上游瓣膜关闭，下游收缩导致明显的逆流。因此，穿过淋巴系统的细胞会经历巨大的非均匀剪切应力，这可以机械地使细胞和细胞核变形，并影响传输时间。淋巴输运和液体稳态受到重力和肢体方向的影响，而周围组织水肿的常见治疗方法是肢体抬高，因此重力可以辅助引流。然而，关于淋巴功能和细胞输运如何受到不同体力的影响，仍有一些需要继续研究的问题。
下图表明体力对红胞的输运产生很大的影响，细胞产生的一氧化氮可以延迟淋巴管的收缩并略为加快细胞的输运。
（图1）
血液和淋巴系统之间的流体动力学的一个主要区别是在于淋巴泵送过程中频繁发生的振荡，。虽然血液系统中的大动脉可以有脉动性血流，但通常没有观察到振荡和逆行血流。在淋巴系统中，振荡可以对传递细胞所感受到的力有很大的影响。如下面两图所示，当流动在细胞附近逆转时，有明显的细胞膜形变（形变势能变大）。在通过瓣膜的过程中，细胞变形也会加剧，由于瓣膜瓣叶造成的部分收缩，导致流动加速。这些细胞形变可以被快速诱导，但衰减的半衰期为0.2s，这可能对细胞生物学有重要意义。另外，细胞产生的一氧化氮可以减少细胞的形变，能一定程度保护细胞。
（图2）
（图3）
如下图所示，当比较细胞速度与流体的速度时，发现淋巴管没有收缩的情况下，细胞速度与流体速度大致相同。当淋巴管收缩时，细胞的平均运动速度居然比液体要快。这一结果可以解释为由于收缩以及瓣膜的存在而导致细胞运动所通过的血管的有效直径减小了，因此，对于基线直径恒定的非收缩血管，细胞与流体速度的比值高于预期。计算结果表明，重力和收缩诱导的逆行流动可以影响细胞的输运速度和形变。这些效应反过来可以影响许多生理过程，包括免疫系统的功效和癌细胞的传播。未来的实验研究可能会提供更多关于淋巴管流动中的细胞生物学和免疫细胞群通过淋巴管系统的更广泛输运的信息。
（图4）
PNAS Nexus是美国国家科学院旗舰期刊PNAS的兄弟期刊，创刊于2022年3月，专注于发表生物、医学、物理、社会和政治科学、工程和数学等领域的高质量原创研究，编辑委员会主要来自美国国家科学院、国家工程院和国家医学院院士。
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