生物力学论文
黏附几何和刚度对细胞力的影响
研究背景：组织细胞的行为和命运是由粘着环境的刚度和几何结构控制。我们介绍一种机械模型预测具有不同几何形状和刚性细胞的细胞力的分布。对于沿着一个闭合轮廓的连续粘附，该模型预测力将位于角落。对于粘连分离位点，该模型预测力主要由细胞轮廓横向拉伸确定。随着两个相邻站点之间的距离的增加，粘连力增加， 因为细胞形态产生较陡的拉动。
研究方法：附着的组织细胞对它们所处的环境的属性反应非常敏感，包括机械刚度和粘合线索的空间分布。在平坦衬底上，机械刚度和粘合剂可以通过使用软质弹性基材进行控制。刚度和几何形状可以同时改变。综合以上的技术，或通过使用生物功能支柱测定法，其中细胞粘附到柔性微针的阵列的顶部。这样生物物理方法都表明，刚度和几何感是密切相关的，因为它们都涉及力被局限在离散粘附位点。
研究成果：我们分析一个简单的理论模型，描述了细胞之间的关系，形状和力分布。组织细胞的形状坚持以离散粘连为主，向内弯曲的圆弧不依从的形成轮廓。这个形状特性由改进的拉普拉斯定律有效的表面张力和有效的线张力产生。基于这些概念，我们计算牵引的力量固定细胞的功能胶粘剂的几何形状和刚度。
模型介绍：传播组织细胞通常扁平型只有原子核伸出。他们常常粘附在基质的底部沿着细胞边界。在这种情况下，适当的考虑是一个有效的二维模型，用参数表示细胞形状的二维轮廓后与内部协调。细胞扩散完成后，细胞力量主要是收缩。首先，细胞轮廓内主要是由于空间分布式张力肌动蛋白细胞骨架和质膜。 在二维模型中， 这种影响是一种有效的表面张力来描述的， 因为主要作用是减少表面面积。第二，细胞轮廓抗拒向内拉。通常收缩的细胞轮廓是装配肌动蛋白类似于绳子连接相邻的附着力。在机械平衡，收缩力量施加胶细胞主要是平衡的底部]。获得一个给定的力分布胶粘剂几何，因此我们必须在最小的有效的能源功能下的细胞轮廓适当的附着力约束。
在二维模型中，这种效应是由一个有效的线张力的合同之间的粘连的部位的轮廓描述。在力学平衡，收缩力产生的细胞主要是平衡在胶基质。派生力的分布给定一个的粘合剂的几何形状，因此我们必须在适当的粘附细胞轮廓取得最小化的有效能量泛函的约束：
连续的附着力—该继续坚持基底细胞，细胞形状的R ~固定R ~ 0。粘附张力沿轮廓然后如下。我们可以计算出的粘附力F作用在角上的公式：
离散的附着力—为基底粘附在细胞粘附的离散点，
之间的附着点的
细胞轮廓是无拘束的，我们可以得到在中央粘着位置作为一个粘附功能的几何合力的显式方程：
弹性基板—在我们的模型，研究如何影响的弹性和粘附的粘附力，我们现在考虑的离散谐波潜在的网站，移动在与弹簧常数K是相当简单，我们只考虑规定的，得到：
拉伸弹性模型—到目前为止，我们的结果都是用恒定的线张力的假设导出最近，它表明这个量有一个弹性的起源，因此，线张力本身变成了粘合几何函数：
它随着距离d的增大而增大。虽然在个别弧张力实际上增加了，但是总的力的大小略有降低由于不太陡的拉动方向。
从柱法提取模型参数—一般来说，希望从表面张力变成全球的数量和在不同的弧有不同的线电压。我们的模型设置了简单的程序从几何形状来估算数字值。实验数据是一个显示内皮细胞柱阵列上，在这里，我们专注于轮廓的影响，因为，我们排除所有可能的互动与其他弧的弧，由内部应力的影响，该支柱上的力矢量和两个相邻的电弧力可能被关闭或接近。
我们可以得到的预测方向轮廓的力量和之间的测量方
向有优良的关系。
讨论：我们模型表明，我们的模型表明，形状和力量和细胞粘附密切相关，并论证了粘附位点的空间分布如何决定力作用于粘连的部位。这些力的作用可能会被进一步放大通过注入力或位移的依赖放大细胞骨架和粘附位点调控，希望这对以后的建模有帮助。 例如， Eq(5)预测，位移F = K第一次线性地增加，然后使函数的逆刚度 K饱和。在这种方式下，我们的模型可以用来得到推导定量预测细胞的行为和命运如何通过附着力的几何形状和刚度操控。