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什么是机械生物学?
机械生物学是一个新兴的多学科领域,包括研究细胞感知和响应机械信号的机制。机械力可以调节范围广泛的生物活动,包括形态发生、细胞迁移、ji化、增殖和单分子行为。许多这些活动都受到内部和外部机械信号的指导。
为什么机械生物学很重要?
什么机制在起作用?
在 细胞水平上,植物细胞和动物细胞之间的生物力学成分不同。这主要是由于细胞成分和组织的差异,因此植物和动物细胞对机械刺激有不同的反应方式。
植物
在植物中,细胞形状由细胞壁维持,细胞壁是一种刚性但高度动态的结构,可以响应来自外部或细胞内力的化学和机械刺激而改变其组成和组织。细胞壁可抵抗内部产生的膨胀压力,该压力可能是汽车轮胎压力的 3-5 倍。植物细胞通过细胞壁延伸性和渗透调节的平衡来调节它们的形状。调节这些机制的三个重要细胞成分是:质膜、皮质细胞骨架和细胞壁。这些在相互依赖的物理连接和机械传导途径中起着重要作用。
动物
在动物中,单个细胞是能动的,并且彼此之间的粘附不如植物细胞牢固;因此他们可以以谨慎的方式做出回应。此外,动物细胞更容易变形,因为它们缺乏坚韧的细胞壁。动物细胞的结构框架主要由细胞骨架保存,细胞骨架是一种基于蛋白质的丝状网络,由肌动蛋白丝、中间丝和微管组成。细胞骨架具有许多功能,例如:(1) 组织细胞的其他成分,(2) 维持细胞的形状,(3) 细胞的运动,以及 (4) 细胞器在其中的运动。
肌动蛋白丝具有许多重要的细胞内功能。它们调节细胞形状和ji性、分裂和运动;病原体入侵和运动;内分泌和胞吐作用、转录、细胞器的细胞内运输和肌肉收缩。zui近的研究表明,肌动蛋白和微管之间的相互作用驱动细胞运动,中间丝为细胞内结构和组织提供强度和支持。
在 组织水平上,相邻细胞之间以及细胞与其细胞外环境、植物细胞壁和动物细胞外基质 (ECM) 之间的连接对于提供相邻细胞之间的机械耦合并促进细胞组织成连续的组织非常重要响应元素。在动物中,整合素和钙粘素等粘附蛋白负责将细胞骨架连接到 ECM。这些相互作用产生对细胞运动很重要的牵引力。
通过在分子、细胞和组织水平上研究机械生物学,工程机械生物学中心 (CEMB) 的研究人员可以更好地了解机械力对生物系统的影响,并开发新技术来改善健康和农业。我们促进来自各种专业领域的研究人员之间的合作,包括细胞生物学、发育生物学、生物工程、材料科学、生物物理学和机械工程,以促进机械生物学的新发现和新技术。
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