細(xì)胞與基體相互作用的多尺度探索性研究.pdf

1、大量實(shí)驗(yàn)表明胞外基質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)，比如剛度、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、變形等，可以調(diào)控細(xì)胞的形態(tài)、遷移、基因表達(dá)等。細(xì)胞的這種能感知周圍環(huán)境的力學(xué)信號并產(chǎn)生響應(yīng)能力稱為細(xì)胞的力敏感性。細(xì)胞與基體相互作用是細(xì)胞力敏感行為的重要組成部分。本文從分子尺度、亞細(xì)胞尺度、細(xì)胞尺度三個(gè)尺度分別研究了細(xì)胞與基體相互作用，從力學(xué)角度為更深入地理解細(xì)胞與基體相互作用提供了新的思路和方法。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴經(jīng)典的滑移鍵強(qiáng)度理論認(rèn)為，當(dāng)加載速率低于某個(gè)臨界值時(shí)

2、，經(jīng)典鍵合強(qiáng)度會(huì)變?yōu)榱?。這個(gè)預(yù)測與一些實(shí)驗(yàn)觀察相悖。本文基于鍵合在低加載速率下可再結(jié)合的假設(shè)，提出了平均鍵合強(qiáng)度的理論。分析表明平均鍵合強(qiáng)度在低加載速率下逐漸飽和，飽和值隨著系統(tǒng)剛度的增大而增大。本文認(rèn)為平均鍵合強(qiáng)度可作為一種衡量滑移鍵強(qiáng)度的新物理量在動(dòng)力學(xué)力譜實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行測量。⑵基于不同形式的雙態(tài)模型，本文構(gòu)建了兩種類型的逆鎖鍵，研究了兩類逆鎖鍵在不同變載荷作用下的動(dòng)力學(xué)特性。當(dāng)逆鎖鍵受到先加載后固定的載荷時(shí)，兩類逆鎖鍵具有相似的壽命與

3、載荷關(guān)系。在受到其它形式的變載荷時(shí)，兩類逆鎖鍵的記憶性卻表現(xiàn)出顯著的不同。⑶在生理?xiàng)l件下，分子鍵團(tuán)簇受到振動(dòng)載荷的作用，其穩(wěn)定性受到單分子鍵的解離和結(jié)合動(dòng)力學(xué)特性的調(diào)控。通過求解受體與振動(dòng)配體結(jié)合的擴(kuò)散反應(yīng)方程，本文發(fā)現(xiàn)在大部分生理?xiàng)l件下受體與振動(dòng)配體結(jié)合可以簡化為與擴(kuò)散無關(guān)的過程。分析結(jié)果表明，鍵合的平均結(jié)合時(shí)間在高頻時(shí)趨于飽和，且存在一個(gè)最佳鍵合剛度使得平均結(jié)合時(shí)間最小。⑷研究了分子鍵團(tuán)簇在循環(huán)載荷作用下的穩(wěn)定性。模擬結(jié)果表明滑移鍵

4、團(tuán)簇有兩種失效模式:壽命較長的滑移失效模式和壽命較短的快速失效模式?；奇I團(tuán)簇的壽命隨著循環(huán)載荷幅度和頻率的增大而減小，但高頻時(shí)趨于飽和。本文還發(fā)現(xiàn)了滑移鍵團(tuán)簇反常的穩(wěn)定性增強(qiáng)現(xiàn)象:當(dāng)循環(huán)載荷的振幅較高而頻率較低時(shí)，滑移鍵團(tuán)簇的壽命會(huì)顯著增加。參數(shù)研究表明，單分子鍵的隨機(jī)動(dòng)力學(xué)特性和循環(huán)載荷的形式都對該現(xiàn)象有顯著影響。⑸模擬了鍵合均為第一類逆鎖鍵或第二類逆鎖鍵的兩種逆鎖鍵團(tuán)簇在循環(huán)載荷作用下的穩(wěn)定性。模擬結(jié)果表明循環(huán)載荷傾向于降低兩類滑