细胞机械生物学,机械生物学设备,机械生物学仪器,提供各种机械生物学力学设备
机械生物学描述了细胞与其环境之间的关系;细胞如何检测、测量和响应其基质的刚性,以及这些过程如何应用于更大的生物系统。随着机械生物学领域的发展,描述了适用于各种细胞类型和生物系统的几个共同主题。
细胞根据它们的底物调节它们的刚度
力诱导的细胞骨架刚度调制模型。(A) 张拉整体模型:左上角-带有压缩支柱和张紧电缆的简化版本,举例说明应力水平调节细胞骨架刚度。右上角——在细胞环境中,微管(金棒)对细胞基质粘附施加压力(由粉红色和整合素二聚体中的肌动蛋白连接模块表示),而肌动蛋白丝(红色)经历细胞张力并因此变硬。(B) 半柔性链模型由柔性肌动蛋白电缆(红色)表示,该电缆在应力应用点即肌球蛋白(蓝色束)收缩处局部硬化。(C) 偶jiji化模型:收缩肌动球蛋白偶ji子的形成由箭头对象征性地表示。根据这个模型,它们可以自由定向以响应在特定点经历的施加压力。改编自 Stamenovic D. & Ingber DE。张拉整体引导的自组装:从分子到活细胞。软物质 2009;5:1137–45。[DOI:10.1039/B903916N] 和 [PMID 20816234]。
维持细胞与其周围环境之间力平衡的一个关键过程是细胞调节其刚度的能力。这决定了细胞骨架的弹性性质,因此反过来又会影响多种细胞过程[1]。目前已广泛提出三种模型来通过力调节细胞骨架刚度:
i) 张拉整体:该模型表明细胞骨架和细胞结构中预先存在的张力细胞外基质(ECM) 在施加负载(应力)时确定细胞骨架的刚度,因此应力与刚度成正比。该模型假设细胞骨架充当由软细胞材料散布的张紧电缆网络[2]、[3]、[4]。这些电缆会因施加的力而张紧和拉动,以恢复细胞稳定性。
ii) 半柔性链:假设肌动球蛋白细丝均匀分布在整个细胞中,该模型表明细丝是非线性弹性的(类似于细胞质)并在压力下变硬。因此,肌动球蛋白丝可以定义为半柔性结构,建议各向同性地响应力,即在整个结构中均匀响应,而不管施加的力的方向性如何[5]、[6]、[7]。
iii) 偶jiji化:假设肌动球蛋白丝均匀分布在整个细胞中,该模型表明在施加力时,弹性丝形成偶ji子。这些偶ji子通过ji化和随后以方向相关的方式拉动细丝来传播力通过细胞骨架网络。因此,建议肌动球蛋白丝对力作出各向异性响应,即在整个结构中根据施加力的方向有差异地响应 [7]、[8]、[9]。
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