肿瘤细胞生物力学的研究进展

NatRevCancer重磅综述癌症中的基质

背景：

细胞外基质是所有组织和器官的基本和核⼼组成部分，是多细胞⽣物存在的必要条件。从⽣物体发育的最初阶段直到死亡，它调节和微调⾝体的每个细胞过程。在癌症中，细胞外基质在⽣物化学、⽣物⼒学、结构和形态⽔平上发⽣改变，近年来，对基质在固体肿瘤中的重要性的研究和认识呈指数增长。随着研究基质和细胞-基质相互作⽤的新技术的进步，我们也开始看到以基质为中⼼、基质靶向癌症治疗的部署。

简介：

2021年2⽉15⽇，来⾃澳⼤利亚悉尼新南威尔⼠⼤学医学院，圣⽂森特临床学院的Thomas R. Cox教授课题组在Nat Rev Cancer（IF: 53.03）杂志上发表题为“The matrix in cancer”的综

述[1]。这篇综述涉及实体癌基质⽣物学的许多⽅⾯，包括乳腺癌、胰腺癌和肺癌，⽬的是强调⼀些新出现的基质相互作⽤和基质对肿瘤的发病、进展和转移性播散的影响，在总结这⼀领域正在进⾏的⼯作之前，该领域旨在开发针对癌症和癌症转移基质的共同靶向疗法。

主要结果：

基质的主要组成部分。

细胞外基质这个术语⽤来描述在器官和组织中包围和⽀持细胞的复杂的相互连接的⼤分⼦⽹络。能够被基因组潜在表达的全部基质和基质相关蛋⽩被称为基质体。哺乳动物基质体中有约1100个基质基因，可⼴泛分为核⼼基质体分⼦(约300个基因)和基质体相关分⼦(约800个基因)。这些基因编码的基质蛋⽩估计占⼈类蛋⽩质组的4%。细胞外基质可⼴泛分为两⼤类:间质基质和⾼度专门化的器官或组织专门化基质，如基底膜。每个基质或基质隔间都有其独特的特征，其属性由其⽣物化学和⽣物物理参数局部和全局塑造。

力学肿瘤学-概述说明以及解释

1.引言

1.1 概述

力学肿瘤学是一门新兴的跨学科领域，旨在研究肿瘤生长和转移过程中力学力的作用及影响。传统上，肿瘤研究主要集中在生物学、遗传学和化学领域，而力学肿瘤学则强调肿瘤细胞和组织受到的机械力学刺激对其行为的影响。

在过去的几十年里，科学家们通过研究发现，机械力除了直接影响肿瘤细胞的生长和迁移外，还可能影响肿瘤微环境中的细胞与基质间的相互作用，从而影响肿瘤的发展和转移。因此，力学肿瘤学对于深入理解肿瘤的发生和发展机制具有重要的意义。

本文将介绍力学肿瘤学的基本概念、力学在肿瘤生长和转移中的作用，以及力学肿瘤学的研究方法与应用，希望能够为读者提供一个全面的了解和认识。

1.2 文章结构:

本文将从以下几个方面展开讨论力学肿瘤学的相关内容。首先，我们会介绍力学肿瘤学的基本概念，包括其定义、背景和相关研究领域。其次，

我们将深入探讨力学在肿瘤生长和转移中的作用，探讨力学因素对肿瘤细胞的影响以及肿瘤微环境中的力学相互作用。最后，我们将介绍力学肿瘤学的研究方法与应用，包括实验技术、数值模拟和临床应用等方面。通过这些内容的展开，读者将能够全面了解力学肿瘤学的研究现状和发展前景。

1.3 目的：

力学肿瘤学作为一门新兴跨学科领域，旨在深入探讨肿瘤生长和转移过程中的力学机制，以及力学对肿瘤发展的影响。通过研究肿瘤细胞和组织的力学性质，我们可以更好地理解肿瘤的生长、扩散和治疗过程，为肿瘤的预防和治疗提供新的思路和方法。

本文旨在系统地介绍力学肿瘤学的基本概念、研究方法和应用，为读者提供对该领域的全面认识。同时，我们还将探讨力学肿瘤学的未来发展方向，展望其在肿瘤研究和临床实践中的重要作用。通过本文的阐述，希望能够引起更多科研工作者和医学专家的关注，推动力学肿瘤学的进一步发展，为癌症防治工作做出贡献。

Rho的生物学功能及其在肿瘤发生中的病理学意义_百替生物

Rho的生物学功能及其在肿瘤发生中的病理学意义

罗齐平综述

（湖南中医药大学中西医结合学院湖南长沙410007）

摘要:Rho家族成员及其各自的已知下游效应分子参与调节肿瘤细胞相关基因的表达及细胞增殖活性，调控细胞骨架组装、细胞迁徙运动等细胞生物力学机制，涉及肿瘤细胞的浸润和转移过程。在多种实体瘤中，如胃癌、乳腺癌、卵巢癌、肝癌、直结肠癌等，都可检测到Rho家族成员Racl、RhoA、Cdc42中的一种或多种蛋白质的表达上调与活性升高。该类蛋白成分为一种新的肿瘤标志物，可以应用于病变良恶性的判断，并有助于评估肿瘤转移能力及患者预后。

关键词: Rho；肿瘤细胞；肿瘤转移；生物力学机制

Rho家族蛋白质是Ras超家族成员中小分子量G蛋白构成之一，是一组分子量为20 KD ~ 30 KD的鸟苷酸结合蛋白，具有GTP酶活性。1985年，Rho作为Ras同源物(Rashomologue)首先被克隆出来，称Ras相关单体GTP酶[1]，主要有Rho（包括Rho A、B和C）、Rac（Rac 1、2和3）和cdc42（cdc42Hs，G25K）3个亚家族，在细胞信号传导中具有重要的功能。一般认为，Ras 家族调控细胞分裂和增殖，而在细胞变形、运动和游走调控中，Rho 家族是起开关作用的最重要的分子[2]。

以往有关Rho家族的研究主要集中在白细胞运动游走方面，近年来研究发现，Rho 家族成员在多种肿瘤组织的表达增加[3]，提示其可能成为一种新的肿瘤标志物，可以应用于判断良恶性及判断肿瘤转移能力及估计预后，具有潜在的重要临床价值[4]。

生物物理学中的力学研究

一、引言

生物物理学是研究生物体内各种生理、化学、物理过程的学科，它涉及诸多层面，其中包括生物物理学中的力学研究。近年来，

随着科技、仪器的不断革新与进步，生物物理学中的力学研究也

越来越受到重视。本文将对生物物理学中力学研究的现状、进展

及应用进行讨论。

二、生物物理学中的力学研究

（一）细胞力学

生物体中最基本的单位是细胞，而细胞力学研究的是细胞形态、结构及其内部的力学行为。细胞力学的研究方法有许多，可以通

过针尖、光学镊子等手段来对单个细胞的物理性质进行测试。

现有研究表明，细胞的力学性能对其结构和功能有着非常重要

的影响。例如，细胞的机械强度可以影响其对外界压力的承受能力，细胞细胞间接触力能够参与细胞集群的形成和发展等。细胞

力学研究也因此扮演了重要的角色，应用领域非常广泛，例如：

肿瘤细胞的测量可以反映对化疗的抵抗程度；单个红细胞的形变

能够反映人类健康状况及血液病的发生。

（二）生物力学

生物力学是将力学原理应用到生物体内的力学研究，它不仅局

限于单个细胞的力学性能，还关注人体和动物体部分器官及骨骼

系统的力学表现。

例如，运动员在进行短跑过程中，身体各部位的肌肉及骨骼，

会产生很大的接触力和反作用力等力学特性。运动员在速度、力度、动作等方面不断训练，在体内力学响应日趋接近理论值，从

而达到更好的运动成绩。此外，生物力学还被广泛应用于身体的

生物力学性能如坐骨神经损伤研究和人体夜间呼吸暂停等领域。

（三）生物材料力学

生物材料力学是研究生物组织、骨骼及其他生物材料性能的学科。不同于工程材料力学的研究重点在于其强度和耐久性，生物

细胞生物力学与应力反应的研究

细胞生物力学与应力反应的研究细胞是构成人体所有器官和组织的基本原料，也是生物学中的重要研究对象。生物力学是对细胞的形态和功能进行定量研究的有效工具，它可以帮助人们了解细胞内部的机制和生理过程。细胞生物力学中最重要的研究方向之一是应力反应，本文将介绍细胞生物力学与应力反应的研究进展。

一、应力感知和反应

生物体需要在外界环境的变化和内部代谢需求的变化中保持生理稳定。细胞内部具有一系列生物力学感知和反应机制，例如，力学应力可以通过细胞骨架和细胞-细胞相互作用触发细胞反应，并在细胞内部传递。与此同时，细胞内的信号转导和基因调节被激活，从而发挥作用。被应力激活的信号通路常涉及相互交错的细胞信号通路，例如，小分子 GTPase 及其调节蛋白以及细胞骨架变形所需的化学物质。

二、单细胞的受应力行为

单个细胞在生命过程中常常会受到各种各样的应力，而细胞机

械特性将在很大程度上决定细胞如何感知和响应这些应力。例如，细胞的骨架网络结构和组织紧密性质，可以通过调节肌钙蛋白、

细胞核酸酶、细胞内的微管和泡溶解蛋白等组分来调节细胞内部

的机器。此外，许多细胞外影响因素，如力学应力、细胞外基质

及其刚度、生长因子等，也能够通过影响细胞外膜信号，而对细

胞形态和功能造成影响。

三、组织和生物群体的受应力反应

细胞是个体生命活动的基本单位，而组织和生物群体的生理功

能则至关重要。在更高层次的生物体结构中，细胞生物力学及其

应力反应特征则具有更加广泛和深刻的作用。组织在不同的基质

和细胞-细胞相互作用中具有不同的力学性质，例如肌肉、骨骼等，也有利于稳定身体结构和体内生理系统的稳定性。生物群体中细

生命科学研究中机械力学的应用研究

在过去的几十年中，随着科技的不断进步和发展，生命科学研究在很多方面取得了巨大的进步。在这些进步中，机械力学的应用研究起着越来越重要的作用。机械力学是一门研究物体运动、受力和能量变化的学科。在生命科学中，机械力学被用来研究细胞和组织的机械性质、组织生长和发育以及生物系统的运动和力学性质等方面。

1. 细胞和组织的机械性质

细胞和组织的机械性质是研究生命科学中的重要问题。它们直接关系到细胞和组织的功能和特性。在过去的几十年中，机械力学的应用研究发现了细胞和组织的机械性质与其生理和病理的关系。例如，在正常的肝脏中，肝细胞的刚度和压缩模量是比较均匀的。但是在肝癌细胞中，这些参数通常会显著增加。类似的结果可以在其他生物系统中也得到证明。这表明机械力学的应用研究对于生物力学、细胞生物学和医学等方面有着重要的意义。

2. 组织生长和发育

机械力学的应用研究对组织生长和发育也有着重要的作用。对于生长和发育的研究，科学家们需要了解组织的力学性质并且发现这些参数随着时间的推移而发生的变化。一些研究表明，组织的生长和发育与组织中力学相互作用的方向和大小密切相关。这些发现对于肿瘤学和发育生物学有着重要的意义。

3. 生物系统的运动和力学性质

生物系统的运动和力学性质是机械力学的另一个有趣且重要的应用领域。在生物系统中，机械力学的应用研究被用来研究动物和人体的运动、骨骼系统和肌肉力学等方面。比如，神经系统和肌肉系统之间的相互作用被认为是骨骼系统的运动和力学性质的主要影响因素之一。在这个领域的研究，机械力学的应用研究为科学家们提供了详细的信息和重要的见解。

细胞生物力学的研究进展

细胞生物力学是一门研究细胞内力学行为的学科，通过研究细胞在力学作用下

的变形和运动，揭示了细胞内部结构和功能的关系。近年来，随着技术的不断进步，细胞生物力学的研究取得了许多重要的进展，为我们深入了解细胞的生物力学特性提供了新的视角。

首先，细胞力学的测量技术得到了显著的改进。传统的细胞力学测量方法主要

依赖于显微镜观察和机械测试，但这些方法往往只能提供有限的信息。近年来，光学技术的发展使得细胞内部的微观结构可以被更加准确地观察和测量。例如，光学拉伸技术可以通过应用光束对细胞进行拉伸，从而测量细胞的弹性和变形特性。此外，原子力显微镜和纳米压痕技术等新兴的测量方法也为细胞力学研究提供了更加精确的工具。

其次，细胞力学的数学模型得到了进一步的发展。细胞力学的数学模型可以描

述细胞内部结构和功能之间的相互作用。近年来，随着计算机技术的不断进步，研究人员能够建立更加复杂和精确的数学模型来描述细胞的力学行为。例如，有限元分析方法可以将细胞内部的结构划分为许多小的单元，通过求解力学方程来模拟细胞的变形和运动。这些数学模型不仅可以帮助我们理解细胞内部的力学机制，还可以为生物医学工程和组织工程等领域的应用提供指导。

此外，细胞力学的研究还揭示了细胞力学与疾病之间的关系。细胞的力学特性

受到多种因素的影响，包括细胞外基质的刚度、细胞内部的结构和力学信号的传导等。研究发现，一些疾病如癌症、心血管疾病和神经退行性疾病等，会导致细胞内部的力学特性发生变化。例如，癌细胞通常比正常细胞更加柔软和变形，这种变化与肿瘤的发展和转移有关。因此，通过研究细胞力学的变化，我们可以更好地理解和诊断疾病，并为疾病的治疗提供新的思路。

细胞生物力学研究与应用前景

细胞生物力学研究与应用前景随着现代医学技术的迅猛发展，越来越多的科学家开始关注人类生命的微小世界——细胞。由于细胞是生命的基本单位，因此研究细胞的结构、功能、代谢和微观环境对于理解生命活动的本质、揭示人类疾病发病机制以及探索新型生物技术等具有极其重要的意义。而细胞生物力学作为一种新兴的交叉学科，正在成为细胞生物学研究的热点之一。本文将通过细胞力学研究的前沿探索，展望细胞力学研究的应用前景，并分析其存在的问题和解决方法。

一、细胞生物力学研究的前沿探索

众所周知，细胞是由细胞膜、细胞质和细胞核等基本结构组成的。目前，细胞生物力学的研究主要聚焦在细胞的两个方面：其一是通过针对细胞内力学信号的测量，揭示细胞内力学调控网络的结构和功能；其二是测量细胞与它们周围微环境之间相互作用的力学特性，以阐明细胞微观环境对于生命活动的影响。

1. 细胞内力学信号测量的发展

随着近几年技术的发展，已经可对细胞内部进行高分辨力学信

号的测量和图像记录。包括荧光共振能量转移 (FRET)、光学探针

以及微流控技术等新型仪器的出现，为细胞内力学信号的可视化

研究提供了可能性。同时，越来越多的学者使用计算和模拟技术，全面揭示了细胞力学行为的调控网络。以此为基础，人们增加了

对于细胞膜双层结构和膜上各种蛋白质功能的认识。

2. 周围微环境对于细胞的影响

微环境是细胞活力所依赖的支撑，其力学特性对于细胞生理和

病理状态有重要影响。因此，研究细胞和它们周围微环境之间相

互作用的力学特性，对于理解许多细胞病理过程至关重要。相应的，越来越多关于细胞外基质 (ECM) 的力学研究也已出现，并建

细胞生物力学研究的方法与应用

细胞生物力学研究的方法与应用细胞是生命的基本单位，理解细胞的力学特性对于揭示生命的奥秘具有重要意义。因此，细胞生物力学成为现代生物学研究中的一个重要领域。本文将探讨细胞生物力学研究的方法及其在生物学研究和医学应用中的意义。

1. 细胞力学的研究方法

1.1 孤立细胞力学研究

孤立细胞力学研究方法主要包括应用扭转矩法、拉伸法、压缩法等对单个细胞进行力学测试。这些方法可以得到细胞的弹性模量、黏弹性特性、力学刚度等参数，从而揭示细胞结构与功能之间的关系。

1.2 细胞内部力学的研究

细胞内部的力学状态对于维持细胞形态和功能至关重要。通过使用纳米级力传感器，可以直接测量细胞内部的力学状态。此外，近年来兴起的光学镊子和光学钳子技术，也为细胞内部力学的研究提供了新的手段。

1.3 细胞群体力学的研究

除了单个细胞的力学性质，细胞群体组织的力学行为也是研究的重要方向之一。通过应用细胞集群的硬度测量、纳米压痕等方法，可以揭示细胞集群的弹性、黏弹性和塑性等特性，深入理解细胞群体在生长、发育和组织形成过程中的力学行为。

2. 细胞生物力学研究的应用意义

2.1 帮助解析疾病机理

细胞生物力学研究可为疾病的发生和发展提供重要线索。例如，癌细胞具有不同于正常细胞的弹性特性，研究细胞的力学变化可以用来识别和诊断癌症。同时，研究细胞力学对于探索肿瘤细胞的侵袭和转移机制具有重要意义。

2.2 指导组织工程与再生医学

细胞生物力学研究为组织工程与再生医学的发展提供了理论指导和技术支持。通过在体外模拟细胞外基质条件，可以调控细胞的力学环境，进而指导干细胞分化、组织修复和再生。此外，通过应用力学模型和仿真方法，可以优化组织工程材料的性能，提高修复效果。

细胞力学的研究及其在生物医学中的应用

细胞力学的研究及其在生物医学中的应用细胞力学是研究细胞机械性质及其变化规律的学科，是生物力学的一个分支。近年来，细胞力学成为了生物医学领域重要的研究方向之一。本文将介绍细胞力学的研究方法以及在生物医学中的应用。

一、细胞力学的研究方法

1.1 机械测试

机械测试是测量细胞机械性质最常用的方法，常见的机械测试包括拉伸、压缩、弯曲、剪切等，通过测量细胞的应力和应变关系，可以获得细胞的力学性质。机械测试常用的设备有AFM、MEMS等。

1.2 活细胞荧光显微镜技术

活细胞荧光显微镜技术是通过对荧光标记细胞进行成像观察，结合图像处理方法，可以得到细胞的机械形态和变形形态，进一步研究细胞机械性质的变化规律。常用的荧光标记物包括GFP、RFP、Cy5等。

1.3 计算模拟

计算模拟是利用计算机模拟软件，根据力学和生物学规律，建立细胞力学模型，模拟细胞机械性质的变化规律。常见的计算模拟软件有ANSYS、COMSOL等。

二、细胞力学在生物医学中的应用

2.1 细胞机械性质与肿瘤

细胞机械特性与肿瘤的发展和转移过程密切相关。研究表明，癌细胞和正常细胞的机械特性差异很大，其中在癌细胞上观察到了较高的蛋白质表达、膜的改变以及位点的磷酸化等，这些变化造成了细胞机械性质的改变。

利用细胞力学的方法可以研究癌变过程中，细胞机械特性的变化。将健康细胞和肿瘤细胞进行比较，可以发现肿瘤细胞的弹性模量减小，变形能力增强，静态刚度减小，剪切模量增加等，这些指标可以用于肿瘤的诊断和研究。

2.2 细胞离子通道的研究

离子通道是细胞内和细胞外的离子传输的重要通道，同时也是目前生物医学领域广泛应用和研究的对象。离子通道的开关控制了细胞膜的电压和离子交换，而细胞膜的电压和离子交换会影响到细胞的生长、分化和代谢活跃性等诸多生命活动。

癌细胞移动与转移的机制研究

随着科技的不断进步与医学的不断发展，癌症已经成为了全球医学界关注的一

个热点话题，而癌细胞移动和转移也是癌症研究的重要领域。癌细胞的移动和转移是癌症的核心特征之一，它决定了癌症的侵袭和转移的能力，而研究癌细胞移动和转移的机制对于癌症的治疗和预防具有重大意义。

一、癌细胞的移动和转移机制

癌细胞的移动和转移是癌症病理生理的基础。癌症的侵袭和转移本质是癌细胞

的移动和转移。其实癌细胞的移动与正常细胞的运动并没有本质区别。了解癌细胞移动的机制不仅是癌症生物学和临床治疗领域的研究热点，也是生物力学、生物物理和生物信息学等领域的交叉和融合。目前，科学家研究了很多与癌细胞移动和转移相关的机制，其中包括细胞骨架及其动力学、胞间粘附、运动与底物黏附等。

首先让我们看一下细胞骨架的动力学。细胞骨架的运动和组装对癌细胞的运动

和转移至关重要，细胞骨架由微小管、中间纤维和微丝三种互相联系的蛋白质结构组成，并直接影响细胞的结构和活动。通过动态捕获和分析微观图像和其动力学，科学家可以研究肿瘤细胞的活动机制。

其次，我们来看一下胞间粘附。癌细胞的移动和转移不仅需要足够的润滑条件，还需要足够的黏性支撑；癌细胞依靠完成胞间黏附、卸载和穿越基底膜来实现淋巴模式的介入和转移。粘附分子是细胞表面的蛋白质，参与胞间粘附和在癌细胞以内保持细胞稳定。这些粘附分子可由细胞外基质、细胞表面或内在骨架提供，并可结合其他形式的粘附分子或表达所需的宿主受体。

最后让我们来看一下运动与底物黏附。癌细胞的侵袭和转移能力取决于其对周

肿瘤微环境对肿瘤发展的影响

肿瘤微环境对肿瘤发展的影响肿瘤是一种严重危害人体健康的疾病，它会对人体的各个器官和系统造成伤害，甚至危及生命。在近几十年的科学研究中，人们不断发现肿瘤的多种成因和复杂机制。其中，肿瘤微环境作为非细胞因素之一，对肿瘤的生长、扩散、转移和抗药性等过程具有很大的影响。本文介绍了肿瘤微环境的概念和组成，以及它对肿瘤发展的影响。

一、肿瘤微环境概述

肿瘤微环境是指包括细胞外基质、血管、免疫细胞、神经元和浸润的其他细胞等在内的一系列非癌细胞成分，以及其所形成的复杂三维结构。肿瘤微环境中存在着与肿瘤细胞相互作用的多种信号通路，包括化学信号、生物力学信号和细胞信号等。这些信号通路的变化将导致肿瘤细胞在某些情况下死亡，而在其他情况下则会促进肿瘤细胞的生长、扩散和转移。

肿瘤微环境中的非癌细胞成分是非常复杂的。其中，细胞外基质是肿瘤微环境的主要组成部分，它由胶原蛋白、弹性纤维、蛋白多糖、降解酶以及其他蛋白质和小分子等成分构成。此外，肿瘤微环境中还存在着一系列血管组成的新生网络，其中血管壁细

胞、内皮细胞、平滑肌细胞等形成了血管的基本组织结构。免疫

细胞也是肿瘤微环境的重要成分之一，主要包括T细胞、B细胞、巨噬细胞、树突细胞等。神经元和神经胶质细胞因为其对于疼痛、压力、药物反应等因素的作用被认为是肿瘤微环境中的重要组成

成分。

二、1、肿瘤微环境对肿瘤细胞生长的影响

肿瘤细胞的生长特点是失去对正常组织生长的约束，以无限制

的方式不断增殖。肿瘤微环境对肿瘤细胞生长的影响是非常复杂的。如上所述，细胞外基质是肿瘤微环境的主要组成部分，肿瘤

生物力学与医学应用中的组织力学研究进展

随着科技的不断进步和人们对健康的关注日益增长，生物力学与医学应用中的

组织力学研究也逐渐受到重视。组织力学研究以生物力学为基础，探索细胞、组织和器官的力学特性，为医学领域提供了重要的理论基础和技术支持。本文将从细胞力学、组织力学和器官力学三个方面，介绍生物力学与医学应用中的组织力学研究进展。

细胞力学是组织力学研究的基础，它主要研究细胞的形变、应力和应变等力学

特性。近年来，随着原子力显微镜和光学显微镜等技术的发展，细胞力学研究进入了一个新的阶段。通过这些高分辨率的技术，研究人员可以观察到细胞膜的形变和细胞骨架的运动，进而研究细胞的力学特性。例如，研究人员发现细胞的刚度与其功能密切相关，细胞刚度的改变可能与某些疾病的发生和发展有关。此外，细胞力学研究还可以为细胞力学模型的建立提供数据支持，为组织力学研究奠定基础。

组织力学研究是在细胞力学的基础上，研究组织的形变、应力和应变等力学特性。组织力学研究的一个重要方向是研究组织的力学性质与疾病的关系。例如，通过研究肿瘤组织的力学特性，可以帮助提高肿瘤的早期诊断和治疗效果。另外，组织力学研究还可以为组织工程学的发展提供理论基础和技术支持。组织工程学是一门新兴的学科，旨在通过生物力学的手段重建和修复受损的组织和器官。通过组织力学研究，可以了解细胞和基质之间的相互作用，为组织工程学的研究和应用提供指导。

器官力学研究是组织力学研究的延伸，主要研究器官的形变、应力和应变等力

学特性。器官力学研究的一个重要方向是研究器官的力学适应性和疾病的发生机制。例如，通过研究心脏的力学特性，可以了解心脏病的发生和发展机制，为心脏病的治疗提供新的思路和方法。此外，器官力学研究还可以为手术操作和医疗设备的设计提供依据。例如，通过研究肝脏的力学特性，可以为肝脏手术的操作提供指导，提高手术的安全性和效果。

细胞生物物理与生物力学

细胞生物物理与生物力学是研究细胞内部结构与生物力学相互作用

的领域。随着科技的发展和对生物学的深入研究，细胞生物物理与生

物力学在细胞结构和功能研究中扮演着重要的角色。本文将介绍细胞

生物物理与生物力学的概念和应用，以及在细胞机械特性、细胞力学

行为和疾病研究方面的进展。

一、细胞生物物理的概念和应用

细胞生物物理是一门研究细胞内部结构和功能的物理学分支。它结

合了物理学和生物学的原理，通过应用物理方法和技术来揭示细胞内

部的生物物理过程。细胞生物物理主要研究细胞的力学性质、动力学

特性以及与这些特性相关的细胞骨架、细胞膜结构和细胞外基质。

在细胞生物物理的研究中，常用的技术包括光学显微镜、荧光显微镜、电子显微镜等。通过这些技术，研究人员可以观察和测量细胞内

部的结构和过程，如细胞骨架的组织和运动、膜的膨胀和收缩等。同时，也可以通过这些技术来研究细胞内部的力学行为，如细胞的形变、迁移和分裂等。

细胞生物物理的应用广泛，涵盖了许多领域。例如，在细胞形态学

研究中，细胞生物物理可以帮助解析细胞的形状和结构是如何决定的，以及细胞的机械特性如何影响细胞的功能。在细胞力学研究中，细胞

生物物理可以帮助研究细胞内部各个结构的力学特性，进而揭示细胞

力学行为的分子和细胞水平机制。此外，细胞生物物理还可以应用于

疾病研究，例如研究癌细胞的机械特性和侵袭能力，以及研究心血管

疾病中细胞力学的改变等。

二、细胞力学的研究进展

细胞力学是细胞生物物理中的一个重要研究领域，主要研究细胞的

机械特性和力学行为。细胞力学的研究进展不仅揭示了细胞内部力学

生物粘弹性力学研究及其应用

生物是自然界中最为神奇的存在之一。生物体内的分子、细胞、组织和器官之

间存在着复杂的物理和化学相互作用，并且这些相互作用是在生物材料的粘弹性力学特性的基础上发生的。近年来，生物粘弹性力学研究成为了研究生物组织结构、机能和疾病发展机制的重要手段，具有广泛的应用前景。

一、什么是生物粘弹性力学？

生物粘弹性力学是研究生物材料的粘性和弹性力学特性的一种学科，它关注材

料应变随时间变化的行为和其形状变化的响应。生物材料不同于普通材料，其会在应变阈值之后表现出所谓的“粘液”特性，在剪切应力加载之后会表现出流变作用。生物材料中的许多功能基于这种特性，包括细胞的运动和伸展、组织的生长和自愈性等。粘弹性力学相关的测量技术可以准确地测量生物材料的粘性和弹性特性，并进一步用于诊断和治疗。

二、生物粘弹性力学的应用领域

1. 细胞生物力学研究

生物粘弹性力学研究可以帮助人们更好地了解细胞中组成分子之间的相互作用，有助于发现疾病早期变化的迹象。因为不同类型和不同健康状态的细胞具有不同的弹性和粘性特性，因此研究生物材料的粘弹性力学特性可以帮助人们更好地理解健康和疾病之间的关系。

2. 生物材料的医学应用

生物材料在医学领域中得到了广泛的应用，如人工骨、假肢、软组织治疗和组

织再生等。研究生物材料的粘弹性力学特性可以帮助人们更好地设计和制造这些器械，以更好地适应人体的需要。

3. 疾病早期诊断

在不同疾病的发病过程中，细胞和组织的粘弹性力学特性会发生变化。比如，

在某些情况下，肿瘤细胞比正常细胞更加柔软。测量这种变化可以帮助人们发现疾病的早期变化，以便及早采取治疗。

2023年最新的浅谈细胞外基质的硬度与细胞生物学功能的研究进展论文

2023年最新的浅谈细胞外基质的硬度与细胞生物学功能的

研究进展论文

细胞是生物的基本结构与生命活动的基本单位，细胞生理活动的改变决定着生物的生命活动。细胞生存的环境是由多种蛋白和多糖组成的成分复杂的细胞外基质。细胞外基质能够影响细胞的生长、发育与死亡，可以决定细胞的形状，控制细胞的分化，参与细胞的转移。细胞通过细胞外基质的黏附作用而产生的力能够动态地感知周围环境的变化，细胞外基质是细胞骨架的延伸，由整合素和衔接蛋白介导，在细胞外基质与细胞微丝系统之间提供了物理连接和调控的联系团。整合素是一类重要的细胞表面分子，细胞表面的整合素与基质中配体的结合控制整合素介导的黏附作用，它的胞外区和胞内区分别与细胞外基质和细胞骨架相连，整合素与配体结合后迅速与肌动蛋白细胞骨架结合并把它们募集到一起形成黏着斑。细胞外基质中的肌动球蛋白、黏着斑是细胞感应细胞外基质变化的传感器，使得细胞能够感知周围环境所施加的力，并且能够对力的改变做出相应的反应曰。

细胞外基质能够维持正常细胞的结构和功能，外基质合成和代谢出现不平衡会引起基质硬度的变化，特别是蛋白质的大量堆积引起细胞外基质物理硬度的变化团，基质硬度变化影响整合素与配体结合，进而影响黏着斑的形成和细胞的黏附作用，而细胞的黏附作用会造成细胞的一系列生物学功能改变，比如细胞的迁移、细胞核形态的改变、细胞分化、基因传递、细胞信号转导，本文介绍了目前细胞外基质硬度影响生物学功能的一些相关研究进展。

1细胞外基质硬度与细胞力学的相关性

细胞的牵引力和基质的张力是影响细胞生物学功能的两个重要物理因素，细胞通过调整细胞骨架适应细胞外基质的变化来维持细胞正常形态所需的牵引力和基质张力困。将纤维母细胞培养在加入了氮丙烯酞-6-氨基己酸(ACA)的聚丙烯酞胺凝胶膜上(硬度梯度为6-110kPa)，在基质硬度低于20kPa软性基质上，