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我国生物力学研究现状与展望
生物力学是研究生命体运动和变形的学科,通过生物学与力学原理方法的有机结合,认识生命过程的规律,解决生命与健康领域的科学问题.生物力学研究领域新的主要进展和发展趋势是力学生物学和生物力学建模分析及其临床应用.文中介绍了我国生物力学研究在心血管力学生物学、分子生物力学、骨关节与软组织生物力学、临床医学和康复工程生物力学,以及生物力学在空间生命科学、生物材料、体育运动和生物医学技术中应用与交叉等领域所取得的具有国际水平的新成果.这些研究不仅对于揭示正常机体生长、发育和衰老的机理和自然规律,而且对于阐明机体疾病的发病机理以及提供诊断和治疗的一些基本原理,包括新型药物和新技术的研发,都将有重要的理论和实际意义.展望我国生物力学学科发展,应进一步加强学科交叉融合与交叉创新能力,在解决关键科学问题,明确力学因素在疾病发生发展中作用的同时,要致力于发展相关的新技术新方法,紧密联系临床防病治病,在提出具有生物力学特色的新思路上有所作为,为人类健康事业做出应有的贡献.
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力学信号在骨骼中的转导
综述了近年来骨骼功能适应性机制的研究进展.力学信号在骨骼内的转导过程分为4个阶段:力学偶联;生化偶联;信号的传递;效应性细胞的反应.通过这4个阶段将作用在骨骼上的应力信号转导为生物化学信号,并影响细胞的功能,终导致骨骼组织出现相应的结构变化以适应应力环境的需要.
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骨骼的功能适应性与应力应变反应
综述了近年来骨骼功能适应性理论及机制研究的进展状况.早期的骨骼功能适应性理论以Wolff定律为代表,而近期较为成熟的理论为Frost的"力学稳定性理论”.研究发现:成骨细胞、骨细胞和骨衬细胞是骨骼组织内的力学敏感性细胞.作用在骨骼细胞上的应力包括压-拉应力和剪切应力,剪切应力是骨骼细胞能感受到的主要应力作用.剪切应力对骨骼细胞的作用与骨骼的基本结构是密切相关的.骨骼细胞对应力的主要反应是前列腺素族和一氧化氮合成分泌的变化.
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模拟失重条件下成骨细胞核基质DNA拓扑异构酶Ⅱβ的改变
目的：研究模拟失重条件下DNA拓扑异构酶Ⅱβ蛋白表达与分布位置的改变，从而间接了解细胞核基质结构的改变。方法培养大鼠乳鼠颅骨原代成骨细胞并随机分为模拟失重组与对照组。以回转器建立细胞模拟失重模型，之后间接免疫荧光染色与Western blot法检测两组间细胞中DNA拓扑异构酶Ⅱβ的改变。结果与对照组相比，模拟失重组细胞DNA拓扑异构酶Ⅱβ免疫荧光强度降低且失去原有的均匀分布。Western blot检测发现，与对照组相比模拟失重组细胞DNA拓扑异构酶Ⅱβ表达显著降低(P＜0.05)。结论模拟失重可导致成骨细胞DNA拓扑异构酶Ⅱβ表达降低且分布位置不均，提示模拟失重下细胞核基质结构发生改变。
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基于生物力学的干细胞调控及相关物理性质的测定
干细胞移植对许多疾病有治疗作用，但移植部位微环境的改变会影响干细胞的生长、迁移及分化等一系列进程。目前对化学微环境如缺氧、神经生长因子、某些离子等的研究较为深入，并形成了相应的针对临床的治疗措施，但对移植相关的物理微环境知之甚少，对损伤相关的机械力、基质弹性和硬度等力学因素的调控及检测有待进一步研究。本文就力学微环境对干细胞的影响以及相关物理指标的测定方法进行综述。
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成骨细胞和骨细胞的力学信号转导
背景:骨骼具有功能适应性的特点,骨骼细胞是力学信号敏感细胞,但细胞的力学信号转导功能是如何实现的,对骨骼如何调控仍不明确.目的:了解成骨细胞和骨细胞的力学信号转导途径,为利用力学信号改善骨骼功能提供理论依据.方法:应用计算机检索PubMed数据库2000-01/2011-03相关文献.英文检索词为"osteoblast,osteocyte,bone cells,mechanical stress",根据纳入标准共69篇文章进行综述,以此对骨骼细胞力学信号转导相关内容进行总结.结果与结论:骨骼具有功能适应性的特点,骨骼细胞是力学信号敏感细胞,但细胞的力学信号转导功能是如何实现的,对骨骼具有怎样的调控仍不明确.研究表明,由于骨骼的结构特点和细胞位置,成骨细胞和骨细胞是重要的力学敏感性细胞.力学信号在骨骼内的转导过程分为4个阶段:①力学偶联.②生化偶联.③信号的传递.④效应性细胞的反应.通过这4个阶段的作用,作用在骨骼上的应力信号转导为生物化学信号,并影响细胞的功能,终导致骨骼组织出现相应的结构变化以适应应力环境的需要.对于力学信号在骨髓间充质干细胞中的调控机制还有待继续深入探索.
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流体剪切应力对骨细胞分子活动的影响
机械应力在骨的生长、重建过程中起着十分重要的作用.应力刺激作用于骨组织后对应力感受细胞(骨细胞、成骨细胞)产生牵张应力及流体剪切应力(FSS)刺激,进而影响细胞内相关基因的表达,在此过程中流体剪切应力占主导作用.目前FSS引起骨细胞分子活动的具体机制还不明确,细胞膜上的应力敏感离子通道、整合素-细胞骨架复合体以及缝隙连接/CX43半通道结构可能在力学信号转导过程中起重要作用,它们可能通过促分裂原活化蛋白激酶(Mitogenactivated protein kinase,MAPK)通路、蛋白激酶A/蛋白激酶C(PKA/PKC)通路、核因子κB(NFκB)通路、RhoA/Rho激酶(RohA-dependent kinase,ROCK)通路以及Ca2+通路起作用,终影响细胞生长因子、转录因子以及成骨相关基质蛋白的表达.FSS影响骨细胞分子活动的应力传导以及信号转导的确切机制仍需要进一步阐明.
关键词： 应力感受细胞 流体剪切应力 整合素-细胞骨架复合体 力学信号转导 基因表达 -
切应力条件下与血管平滑肌细胞联合培养的内皮细胞整合素β1和F-actin的变化
目的探讨与血管平滑肌细胞联合培养的内皮细胞力学信号转导的机制,研究切应力对联合培养的内皮细胞表面整合素β1和F-actin的影响.方法应用免疫荧光双重标记、激光共聚焦扫描显微镜和计算机图象分析等技术,观察了在2Pa层流切应力的作用下,与血管平滑肌细胞联合培养的内皮细胞表面整合素β1的含量及细胞骨架F-actin的变化,时相点分别取1h、6h、12h和24h.同时,以静态条件下联合培养的内皮细胞为对照组.结果静态条件下联合培养的内皮细胞表面整合素β1含量少,F-actin含量亦少;在2Pa层流切应力的作用下,随着时间延长,整合素β1表达逐渐增多,并且有沿F-actin分布的趋势,在12h达到峰值,后又下降;F-actin含量持续增加直至24h.结论结果提示整合素β1作为重要的粘附分子,与细胞骨架F-actin的相互协作,在联合培养的内皮细胞的力学信号转导中起重要作用.
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流体剪切应力对成骨细胞信号调控网络影响的体外研究进展
机械应力在骨的生长、重建过程中起着十分重要的作用.应力作用于骨组织对骨细胞、成骨细胞等应力感受细胞产生牵张应力和流体剪切应力(FSS),进而影响细胞内相关基因的表达,其中FSS占主导作用.FSS引起体外培养的成骨细胞分子活动的具体机制尚不明确,细胞内的Ca2+通路、环氧化酶—前列腺素E2通路、蛋白激酶A/蛋白激酶C(PKA/PKC)通路、Smad蛋白通路等可能在FSS介导的成骨细胞分化过程中起重要作用.本文通过对这些信号通路在FSS影响体外培养成骨细胞分化中的作用进行综述,了解FSS影响成骨细胞分子活动的应力传导以及信号转导的研究现状,为进一步研究其具体机制提供参考.
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内外源性应力对间质干细胞成软骨分化的调控
间质干细胞（MSC）来源的多元性为诱导其成脂向分化、成肌向分化、成骨向分化和成软骨向分化奠定了生物学基础，诱导MSC成软骨向分化受化学刺激和力学刺激等因素的调节。外源性应力和内源性应力是力学刺激的两种基本形式，改变细胞外基质（ECM）硬度、细胞形态、ECM纳米形貌和细胞密度等内源性应力，加载单纯压缩力、压缩力、联合剪切力、牵张力和流体静压力等外源性应力，均对MSC成软骨向分化有不同程度的影响；因此，深入研究内外源性力学刺激调控MSC成软骨分化的效应及机制，对于促进软骨再生和修复，既必要也可行。本文就内外源性应力对MSC成软骨向分化的调控等研究进展作一综述，旨在为后续的研究提供参考。
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环氧合酶-2基因表达调控与成骨细胞力学信号转导
大量研究证明环氧合酶-2基因表达在成骨细胞的力学信号转导中有着关键性的作用,该基因表达调控机制的精确阐明将有助于发展有关骨骼新陈代谢和炎症紊乱的新治疗原则.但环氧合酶-2基固表达与成骨细胞力学信号转导的关系还不完全清楚.本文试从基因表达调控的角度对环氧合酶-2基因表达在成骨细胞力学信号转导中的作用作一综述.
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张应力加载下PLGA-胶原类细胞外基质三维支架复合培养大鼠成肌细胞“整合素β1”的表达
目的:利用PLGA(poly lactide-co-glycolide)-胶原类细胞外基质复合支架构建大鼠成肌细胞体外三维力学加载模型并研究周期性机械张应力对不同方式培养的大鼠成肌细胞“整合素β1”基因表达的影响.方法:静电纺丝法制备PLGA-胶原类细胞外基质复合生物支架并将其粘接于加力板上,与体外培养的大鼠成肌细胞进行复合培养；使用“Force1”四点弯曲细胞应变加载装置分别对三维培养和二维培养的大鼠成肌细胞进行生理限度内的力学加载；利用RT-PCR技术检测不同时间点细胞整合素β1mRNA的表达；比较张压力作用下,三维PLGA-胶原复合支架上和二维平面培养细胞整合素β1基因表达水平的差异.结果:除加载15min外,相同强度张应力作用的各个时间点,三维支架上细胞整合素β1的表达均明显高于二维平层培养细胞；且三维支架上细胞整合素β1的表达水平更快达到峰值,而且峰值持续时间也显著增加.结论:周期性张应力刺激下,三维复合培养大鼠成肌细胞整合素β1mRNA表达水平明显高于二维培养细胞,这表明培养方式及细胞外基质的三维空间结构对加载早期细胞的力学信号转导有着十分重要的作用.
关键词： PLGA-胶原复合支架 整合素β1 力学信号转导 三维培养
