血管力学生物学2023年度研究进展

心血管系统是一个以心脏为中心、血管为网络的力学系统,力学因素在调控心血管系统生理状态或病理进程中起到直接且关键的作用。冠心病、高血压和脑卒中等多种心血管疾病都有着相似的病理学基础,即由于血管功能失衡及损伤修复异常引起的血管重建。因此,研究力学因素如何产生生物学效应而导致血管重建,阐明心血管力学信号转导通路和力学调控途径,对于深入了解心血管活动和疾病发生的本质及其防治有重要意义。本文以力学刺激（环境）因素和关键力学响应分子为线索,总结2023年度血管力学生物学的最新研究进展。研究结果为进一步探讨力学因素在心血管疾病发病机制中的作用,寻找心血管疾病诊断的标志物和潜在靶标等提供了新思路。     

血管生物力学与力学生物学研究进展

血管生物力学主要探讨血管细胞如何感知力学刺激、力学如何影响疾病发生发展以及开发多种数理模型来分析力学因素对疾病的作用。近年来,血管生物力学领域的研究蓬勃发展,各科研团队从不同方向解析血管的力学生物学过程,以期深入了解血管生物力学因素影响各种血管疾病进程的调控机制,为心脑血管疾病的防治提供基于力学生物学的理论基础。本文基于国内外专家团队并结合本团队研究工作,对血管力学生物学领域近期的研究热点和新兴趋势进行总结探讨,为把握血管力学生物学领域热点和探索新的研究方向提供系统框架。     

肿瘤细胞力学与力学生物学研究进展

正肿瘤从发生发展到最后完成转移,整个过程是一个高度调控、高度复杂的病理学过程。首先,少部分原发病灶的肿瘤细胞会从表皮样向间充质样转变,即发生上皮-间充质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT),从而获得迁移能力,迁移运动至循环系统(血液或淋巴系统),部分肿瘤细胞获得一定的剪切耐受性和抗失巢凋亡的能力,成为循环肿瘤细胞(circulating tumor cells,CTCs),为其进一     

线粒体的力学生物学研究进展

线粒体是高度动态的细胞器,不仅为细胞提供能量和物质基础,同时参与调控细胞的增殖、迁移、分化和凋亡等。细胞命运受来自微环境的力学信号调节,近年来的研究表明,力学因素对细胞的能量代谢具有调控作用,线粒体作为一个力学感受器和枢纽连接力学和代谢来调控细胞的命运。深入理解力学微环境和线粒体代谢的关系,为促进组织再生和疾病治疗提供有力的指导。本文主要介绍线粒体力学生物学研究进展,并探讨其在组织再生和疾病治疗中的潜在应用。     

树突状细胞的生物力学与力学生物学研究进展

树突状细胞(dendritic cells, DCs)是目前已知机体内功能最为强大的抗原提呈细胞,具有高效的抗原摄取、加工和处理能力,能够在二级淋巴组织向幼稚T细胞提呈抗原,从而诱导免疫应答或耐受,在启动和放大先天性及适应性免疫中发挥关键作用。DCs在发挥其生理学功能的过程中经历复杂的化学和力学微环境变化,并表现出不同力学表型和免疫表型,深入理解调控DCs力学表型和免疫表型的化学和力学因素是利用其治疗免疫相关疾病的先决条件。本文主要介绍DCs生物力学与力学生物学研究的进展,并探讨其在免疫相关疾病治疗中的潜在应用和未来发展方向。     

空间失重环境力学生物学2023年度研究进展

航空航天活动过程中特殊力学环境导致的生理变化一直是力学生物学研究的重要组成部分。本文综述了2023年度空间失重环境力学生物学研究进展,主要聚焦失重的生物学效应,包括在细胞、模式动物和人体水平在空间真实环境和地面模拟失重条件下得到的研究结果,以期助力航空航天力学生物学的发展研究,并为航天员或地面相关人群的健康防护或对抗措施研究提供帮助。     

心血管生物力学与力学生物学2022年研究进展

心血管系统对整个生物体起着至关重要的作用。它执行许多重要功能,如为器官和组织提供营养、激素、向细胞输送氧气和维持生理温度。长期以来,准确识别机体血管壁的体内非线性、各向异性的力学特性一直被认为是心血管生物力学领域的关键挑战之一,因为这些特性是整个心脏功能的关键决定因素。目前,机械力和组织力学特性在动脉瘤、动脉粥样硬化等心血管疾病中的作用仍然是基础与临床研究的热点。本综述总结了2022年心血管生物力学与力学生物学领域的最新研究进展。在心血管生物力学方面,研究者关注心血管系统的结构、功能和病理生理学,并利用力学模型等方法来研究这些问题;主要包括动脉粥样硬化、动脉瘤和心肌梗死等疾病的生物力学特性研究,以及基于心血管系统动力学的治疗方法的开发和测试。在力学生物学方面,研究者探索了心血管细胞的力学特性和细胞外基质力学特性等;主要包括基于机器学习的细胞力学性质预测、生物材料力学性能研究以及力学特性在心血管细胞表型变化中的作用。这些研究成果为心血管疾病的诊断和治疗提供新的思路和方法,并为生物力学和力学生物学领域的研究提供新的启示。     

肿瘤力学生物学

正肿瘤是指机体在各种致瘤因子作用下局部细胞增生所形成的新生物。按照危害性,肿瘤可大致分为良性肿瘤和恶性肿瘤(癌症)两大类。按照组织形态,癌症可分为固体恶性肿瘤和血液癌症(简称血癌)两大类,本文主要关注前者。癌症一般发生侵袭性生长,易转移到其它组织中,严重威胁人类健康,是死亡率非常高的一种疾病~[1]。超过85%的癌症死亡是由于固体肿瘤导致的~[2]。     

关节软骨生物力学与力学生物学 2022 年研究进展

关节软骨是动关节内骨表面具有弹性的负重结缔组织,能提供低磨损润滑、缓冲震荡、传递载荷等支撑作用,具有层级纤维复合结构和优异的力学性能。软骨内没有血管、神经和淋巴,代谢缓慢,损伤后难以实现自我修复。目前,高发的关节炎疾病仍是基础与临床研究的一大热点。关节软骨是力学敏感组织,力学环境影响着组织不同方向的发展。2022年,学者们继续对关节软骨的生物力学与力学生物学开展大量研究;对软骨形态、功能与力学状态,以及不同条件下软骨力学状态的研究报道较多;研究设计了一些软骨相关的动物、组织及细胞水平的加载装置,也开展了体外及在体力学载荷下软骨退变、损伤的修复研究,获得了重要的修复方法及手段。关节软骨的生物力学与力学生物学研究是关节炎、软骨缺损及修复的基础,关节软骨损伤修复定量力学条件的影响还需体内和体外深入研究。     

小口径组织工程血管基质材料的生物学和力学评价

目的研制一种具备正常血管的生理结构和良好的生物相容性,而且具有血管力学特性的小口径组织工程血管基质材料,并按医用输血材料的力学及生物学国家标准评价。方法以去细胞生物衍生材料作为基质,按照国家标准对其进行力学和生物学评价。结果血管的轴向、径向拉伸应力分别为23.14 N和36.79 N,均大于标准规定的7.5 N;拉伸率分别为95.19%和80.24%,大于标准规定的20%。血管的缝合强度为13.71 N,不小于0.5 N,血管符合力学规定。生物学检测主要用血管或其浸提液检测血管的pH值在对照去离子水pH(7.52±1.5)范围内、溶血率1.397 2%,小于5%、全血凝固时间比对照长50%、对细胞毒性为0级,皮内注射无刺激。结论血管基质材料具有良好的力学及生物学性能,它将在小口径血管替代治疗中起重要作用。     

力学因素对血管内皮细胞成血管影响及机制的研究进展

血管内皮细胞的成血管能力受多重力学因素的影响。力学因素通过调控血管内皮细胞生长的微环境,引导细胞骨架重排,介导细胞内信号转导,影响细胞迁移、连接等行为,进而调控其成血管水平。然而不同性质的力学刺激对其成血管能力的调节作用不尽相同。综述及讨论5种力学因素（剪切力、牵张力、低强度脉冲式超声、微重力和材料性质）对血管内皮细胞成血管影响的研究工作及进展,为深入研究血管生物力学提供基础与思路。     

极端力学环境下骨组织损伤、适应与重建的力学生物学研究进展

正随着国防建设、重大生产和科研探索活动的增多,载人航天器发射与返回、舰载机的起飞与降落、海洋油气资源的开发与利用等国家重大生产和科研探索,以及非战争军事行动灾害救援中,航天员、飞行员、潜水员及救援人员等处于零重力(失重)、高G(超重)、疲劳与过载、高压低氧等极端力学环境中,对骨等人体器官会造成很大的损害。骨是维持人体生命的重要器官,是人体承担力学载荷的主     

细胞核力学生物学及其调控机制的研究进展EI北大核心

细胞核作为细胞内重要的遗传与调控中心,不但是细胞内生化信号的终端效应器,还能在细胞感知并应答力学刺激后,通过直接或间接的核力学信号调节对细胞的功能与表型产生重要影响。细胞核依靠染色质—核膜—细胞骨架等基础结构将其与其他胞内、外的物理微环境耦合,响应力学刺激并做出应答。该力学响应级联中,细胞核形态结构的变化是最直观的表现,也是细胞核直接响应力学刺激的基础。基于此类细胞核与细胞行为、表型的联系,核的异常形态变化被作为疾病诊断工具广泛用于临床实践。本文回顾了细胞核形变如何响应和适应力学刺激的证据,并着重综述了细胞核形变的力学调控因素,以及核形变涉及到的包括肿瘤在内的生理病理过程及其力学调控机制和研究进展,为深入理解细胞核力学参与的疾病发展调控机制和作为潜在靶点用于诊疗提供新的思路。     

正畸牙移动中牙周膜的力学-生物学行为研究进展

正畸牙移动（OTM）是一个相当复杂的力学-生物学过程,是通过力学手段使牙周组织发生改建而实现的.牙周膜作为连接牙槽骨与牙骨质的结缔组织,在对正畸力的感受和传导中起着非常重要的作用;同时,其在OTM过程中敏感的生物力学反应是介导和调控牙周组织发生改建的关键因素.就牙周膜在OTM过程中的具体作用及其力学-生物学行为作一综述.结合近年来最新的研究成果,从组织、细胞及分子水平阐明了牙周膜在OTM中的力学响应及生物学行为机制.     

上海交通大学力学生物学研究所简介

<正>上海交通大学生命科学技术学院力学生物学研究所是该校985重点建设实验室之一。该所以心血管力学生物学(mechanobiology)、血管干细胞与组织工程为主要研究方向,在血管力学生物学研究领域特色明显。该所以血管重建(remodeling)为切入点,着眼于力学环境对血管系统的作用,从整体、器官、组织、细胞和分子不同层次,综合探讨血管的应力-生长关系;关注力学因     

细胞核结构与力学生物学

机体所有的组织都受到由细胞自身和细胞外环境所产生的生物机械力（Biomechanical force）的作用。生物机械力既可诱导细胞增殖,亦可诱导细胞死亡。而生理学水平的生物机械力是器官的结构与功能发育和维持的必要条件之一,提高生物机械力则可导致细胞死亡,引发机体一系列病理学变化。在真核细胞中,细胞核含有染色体组,是转录调节场所。细胞核是最大和最硬的细胞器。细胞核一方面承受通过细胞骨架所传递的来至于细胞外部的生物机械力作用,同时也承受由细胞内部所产生的生物机械力作用。在这里,我们复习了细胞内与细胞外的生物机械力对细胞核形状和结构的影响;以及这些生物机械力诱导的变化如何转变为细胞信号传导和基因转录。复习了细胞核和核结构蛋白的力学研究,诸如,核纤层蛋白（Lamins）。在核纤层蛋白突变或缺失的细胞中,如遗传工程化小鼠,RNA干扰研究,或人类疾病,可以观察到这些细胞核的形状、结构和刚度（硬度）发生了令人惊异的变化。我们也着重讨论了在整个发育、生理和病理变化过程中,细胞核形状变化和细胞功能改变之间的联系。这些研究均提示,在细胞对生物机械力刺激的反应中,细胞核自身具有重要的作用。在生物体生长发育的很多重要的进程中,如发育,分化,成熟和衰老,细胞核的形状和结构组成均会发生变化。在这些进程中,细胞通过改变细胞核内基因表达,实现对生物机械力的应答反应。然而,细胞核自身如何感知力学信号并对其发生应答反应,仍不清楚。除了外部生物机械力的作用,细胞核内染色质结构的后天性修饰也会改变核的物理性质。在这里,我们回顾了当前关于细胞核结构与细胞核力学生物学的相关文献以及它们的研究现状。但要更深入地了解核结构和核材料性质与细胞核力学生物学间的关系,了解生物机械力与基因组相互作用的直接机制,细胞核的形状如何与力传导相关,则需要进一步系统地深入地研究。     

细胞核骨架蛋白在应力诱导血管重建中的作用及其力学生物学机制

正心血管系统是一个以心脏为动力(泵)的力学系统,大量研究表明力学因素在心血管疾病血管重建发生、发展过程中起到直接而明显的作用。应用力学和生物学交叉融合的理念和技术,探讨应力刺激诱导血管重建的分子机制已成为力学生物学研究领域的前沿热点之一。近年来,我们关注了细胞核这一细胞内刚度(stiffness)最高和基因转录发生的亚细胞结构,开展了"分子-细胞-组织-动物整体"的多层次研究,探讨细胞核骨架蛋白在应力诱导血管重建中的力学生物学机制。     

不同形状血管中医用支架扩张力学行为的研究进展

血管支架介入术由于其微创性和高效性已经成为目前治疗由血管狭窄所引发的冠心病的主要治疗手段,但支架内再狭窄却是影响支架远期效果的最大障碍,严重制约了其实际疗效。首先从支架内再狭窄的形成机制出发,从固体力学角度回顾力学环境对再狭窄的影响,并主要阐述近年来支架在圆直、锥形、分叉、弯曲4种不同形状血管内扩张的研究进展,特别是从支架扩张对血管应力及血管形状的改变与再狭窄的相关关系方面进行综述。最后,针对不同血管形状对支架扩张的影响,提出一个旨在提高支架扩张性能及减少支架内再狭窄的血管支架多目标优化设计方法。     

血管内皮的初等力学

血管内皮由连续分布的内皮细胞组成。它调节血液与组织间的传质过程,对于粥样硬化和营养都有密切关系。现有研究工作着重寻求那些反映内皮细胞代谢与微结构的量与血流作用于内皮细胞上切应力之间的联系。本文作者冯元顿等指出,更为     

骨重建的力学生物学研究

骨骼的生长、发育和维持都与骨组织重建有着密切的关系,随着生物力学、组织工程、细胞生物学等学科的迅速发展,骨科相关疾病及其治疗的研究形成了多学科交叉、渗透的趋势,力学生物学已经成为研究骨重建的重要方法。本文对近年来骨重建的力学生物学相关研究工作进行整理和总结,希望为骨重建的研究、骨组织工程修复骨缺损和临床治疗相关骨科疾病的诊治提供理论基础。