异质性干细胞增殖过程中的熵变化

Entropy changes during the proliferation of heterogeneous stem cells

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摘要干细胞在多细胞生物体内广泛存在,其增殖过程在生命体的生长、发育、衰老、组织修复过程中起着重要作用.正常组织中的细胞增殖过程受到严格的控制,干细胞的异常增殖与恶性肿瘤、肥胖症、再生障碍性贫血等疾病有密切关系.生命体内异质性细胞的增殖过程是复杂的动力系统行为,干细胞异常增殖过程伴随细胞的可塑性变化和细胞间相互作用的再平衡过程,如何对这一过程进行定量描述是重要的研究课题.本文构建包含细胞的增殖分化指标和异常增殖性指标异质性的干细胞增殖模型,通过所建立的模型研究由于微环境变化引起的细胞异常增殖过程的熵变化,建立不同增殖条件下的系统熵变化与宏观动力学和系统参数之间的关系.结果表明,在细胞微环境变化引起异常增殖和恢复的过程中,系统的熵与细胞数量之间存在对应关系,而与微环境变化的路径无关.此外,熵对细胞数量的依赖关系在异常增殖和恢复阶段表现出不同的行为,显示了生物过程的微观不可逆性.本文从物理学的角度对细胞异常增殖过程中熵变化与细胞数量变化的动力学给出定量刻画,为定量描述异质性干细胞增殖过程给出新的研究思路.