研究揭示纤维网络与细胞的组织力学关系

2021-10-05 08:43:53
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美国宾夕法尼亚大学Paul。Janmey和VivekekB。Shenoy研究组合作揭示了纤维网络和细胞的组织力学关系。相关论文2019年8月28日在线发表于《自然》。

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研究人员使用多个实验系统和理论模型表明,非线性聚合物网络的弹性和粒子(细胞)包含物的组合对模拟组织力学至关重要,这些组织力学不仅仅是生物聚合物网络和胶体粒子系统。组织流变学来自应变硬化聚合物网络和其体积保存细胞之间的相互作用。通过将细胞或惰性惰性粒子,限制纤维网周围的松弛模式,可以将压缩软化但硬化的聚合物网络转化为压缩中硬化但不伸展的材料。颗粒夹杂物也抑制剪切变形的硬化;当颗粒体积分数低时,它们对聚合物网络的弹性几乎没有影响。但是,随着颗粒越来越紧密地堆积,材料从压缩软化转变为压缩硬化。这些复合材料的弹性反应的出现对组织硬度如何在疾病中发生变化,影响细胞功能障碍。此外,该发现可用于与生理学相关的机械生物材料的设计。
据介绍,交联半柔性聚合物网络(如内部细胞骨架和细胞外基质)的粘性主导了组织力学,提供了形状和机械的抗变形能力。然而,软组织和半柔性聚合物凝胶的机械响应在许多方面都不同。组织在压缩时变硬但在拉伸时却没有,而半柔性聚合物网络在压缩时变软并在拉伸中变硬。在剪切变形中,半柔性聚合物凝胶随着应变增加而变硬,但组织则不然。