微通道中及通过狭窄处的布氏原虫运动

布氏原虫 (T. brucei) 是一种单细胞寄生虫和天然的微小游动体，引起感染哺乳动物（包括人类）中的致命脑瘫。理解 T. brucei 如何与流体环境相互作用以及在限制空间中导航，对于医学和临床应用以及对生命在受限微观世界中组织方式的基本理解都至关重要。我们采用混合的多粒子碰撞动力学 (MPCD)--分子动力学 (MD) 方法，研究了人工构成的 T. brucei 在三种流体环境中的运动：bulk 流体、直圆柱微通道以及带有狭窄处的微通道。我们观察到，与 bulk 流体相比，人工构成的 T. brucei 的螺旋游动轨迹在直圆柱通道中被rectified。不同通道宽度下的游动速度由螺旋轨迹的直径决定。随着通道变窄，速度首先略微增加，当螺旋直径被压缩时速度又下降。当通道宽度约为 bulk 螺旋直径的两倍时，可实现最佳游动速度。这源于对布氏原虫水动力相互作用与圆柱通道壁面之间的相互作用，以及寄生虫高度可变形的综合作用。在带有狭窄处的微通道中，研究了前后端的运动、端到端距离以及细胞体的翻滚运动，并显示出与直通道情况下的显著差异。根据狭窄处的长度和宽度，我们观察到模型 T. brucei 在狭窄处出现特征性滑移、卡住和卡住-滑移运动。我们的发现可能为理解 T. brucei 通过血管和组织以及跨越血脑屏障的运动提供了一些机械学上的见解。