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中国科大细胞力学研究获进展

日期:2017-05-25 10:25:09编辑作者:太阳城申博

近日,中国科学技术大学工程科学学院近代力学系、中科院材料力学行为和设计重点实验室教授姜洪源团队深入研究了细胞的动态粘附和脱粘过程,相关研究成果以Shape and Dynamics of Adhesive Cells: Mechanical Response of Open Systems 为题,在线发表在5月19日的《物理评论快报》上[Phys. Rev. Lett. 118, 208102 (2017)],博士生杨月华为第一作者,姜洪源为通讯作者。

  细胞粘附是生物学中的基本现象。理解细胞粘附和脱粘的力学生物学机制,对理解细胞迁移、硬度感知、胚胎发育、细胞分化等生命现象并进一步指导改进细胞力学性质的测量方法与精度,具有重要意义。然而,目前的理论和实验研究总是忽略在动态粘附过程中的细胞与周围环境的物质交换,从而忽略细胞体积和压力的变化,把细胞简化为弹性球体或粘性液滴。

  在该工作中,姜洪源团队在前期对细胞体积和压力调控机制的研究(Biophysical Journal, 105:609-619 (2013))和细胞在受限空间内的迁移机制的研究(Cell. 157: 611–623 (2014))的基础之上,进一步将细胞作为开放系统,研究了细胞体积和压力调控如何影响粘附在两个平行表面间的细胞的形貌和动力学。研究人员发现,取决于粘附能密度、两个表面的间距、细胞的大小和柔性表面的刚度,粘附细胞可以是稳定的(凸的或凹的)或不稳定的(自发破裂或崩溃)。在此基础之上,研究人员发现凸、凹细胞的动态脱粘过程是完全不同的,加载速率与细胞体积调控之间的竞争显著影响粘附细胞的力学响应。最后,研究人员发现,作为开放系统,贴壁细胞的脱粘也受到加载历史的极大影响。该结果揭示了细胞体积是细胞力学的一个关键参数,对理解细胞粘附相关过程和改进实验方法具有重要意义。

  该工作得到了国家自然科学基金委优秀青年基金和面上项目、青年千人计划、中科院先导专项等经费的支持。

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