近年来,治疗超声因其治疗过程具有微创甚至无创的特点获得越来越多的关注。其中,声孔效应的控制和优化已成为当前治疗超声应用的重点,并在各种临床领域,如靶向基因/给药,癌症治疗,血脑屏障开放,神经疾病治疗,免疫疗法等受到广泛关注。微泡介导声孔效应已显示出在促进细胞摄取基因/药物、其他难以进入细胞的治疗剂方面的巨大的应用潜力。然而,微泡细胞相互作用的生物物理机制尚不清楚。特别地,全面了解细胞周期阶段对微泡介导声孔效应诱导的细胞反应的影响仍是一个严峻挑战。因此,本研究将重点对超声微泡介导声孔效应引起的细胞周期特异性生物效应进行研究。本研究首先利用药物洛伐他汀、含羞草素和诺考达唑分别对HeLa细胞进行细胞周期同步;通过流式细胞仪检验细胞在各个阶段的同步效率以及同步后的细胞状态,进而利用原子力显微镜观察同步在不同时期的HeLa细胞形貌和细胞弹性。结果显示在G1期,细胞通常具有最大的高度和细胞弹性,而在S期,细胞通常是最扁平和弹性最小的细胞。其后,本研究采用了一个专门设计的集成实验系统对单微泡介导声孔效应触发的细胞结构(如细胞膜和细胞骨架)的动态变化进行实时观察。本实验以同步在各个阶段的HeLa细胞为实验对象,其细胞骨架被可以激发绿色荧光的GFP-α-微管蛋白标记。实验中,GFP荧光强度可以指示由微泡介导声孔效应引起的细胞骨架变化;细胞内PI荧光强度用于指示由微泡介导声孔效应引起的细胞膜通透性的变化。在此基础上,通过Comsol构建有限元模型来模拟微泡-流体-细胞相互作用,并为实验结果提供可能的解释。结果显示:同步在S期的细胞最容易受到微泡介导声孔效应诱导的瞬时机械效应的影响,这导致单微泡介导声孔效应早期细胞膜通透性的最大增强和细胞骨架最快的解聚。因此,S期是用于微泡介导声孔效应瞬时效应促进基因/药物转运治疗的优选细胞周期。最后,本研究采用超声辐照与被动空化检测(PCD)装置相结合的系统探索细胞周期对多微泡介导声孔效应诱导的HeLa细胞反应的影响。结果显示:(1)微泡空化活动与细胞周期无关;(2)具有最大杨氏模量的G1期细胞对微泡介导声孔效应响应最小;(3)G2/M期细胞FITC摄取量最大,活性最小,究其原因,是由于同步药物的化学作用;(4)细胞弹性最低的S期细胞最容易受到多微泡介导声孔效应诱导的长时机械效应的影响,在没有进一步损伤细胞活性的前提下,声孔效应促进S期细胞膜通透性的最大增强。无论是单微泡介导声孔效应的瞬时效应,还是多微泡介导声孔效应的长时效应,S期都是微泡介导声孔效应促进基因/药物治疗的优选细胞周期。如果将S期细胞同步与微泡靶向给药的进展相结合,可以在降低细胞毒性的前提下,通过微泡介导声孔效应促进基因/药物转运效果来实现针对恶性肿瘤和其他严重遗传疾病的治疗。总体而言,本研究的结果不仅有助于更全面地了解细胞周期对微泡介导声孔效应诱导的细胞反应的影响和其潜在的作用机制,还可能有益于利用微泡介导声孔效应促进细胞周期靶向基因/药物转运进行的癌症治疗。