細胞與基體相互作用的多尺度探索性研究.pdf

1、大量實驗表明胞外基質(zhì)的力學性質(zhì)，比如剛度、拓撲結(jié)構(gòu)、變形等，可以調(diào)控細胞的形態(tài)、遷移、基因表達等。細胞的這種能感知周圍環(huán)境的力學信號并產(chǎn)生響應(yīng)能力稱為細胞的力敏感性。細胞與基體相互作用是細胞力敏感行為的重要組成部分。本文從分子尺度、亞細胞尺度、細胞尺度三個尺度分別研究了細胞與基體相互作用，從力學角度為更深入地理解細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)典的滑移鍵強度理論認為，當加載速率低于某個臨界值時

2、，經(jīng)典鍵合強度會變?yōu)榱?。這個預(yù)測與一些實驗觀察相悖。本文基于鍵合在低加載速率下可再結(jié)合的假設(shè)，提出了平均鍵合強度的理論。分析表明平均鍵合強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。本文認為平均鍵合強度可作為一種衡量滑移鍵強度的新物理量在動力學力譜實驗中進行測量。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力學特性。當逆鎖鍵受到先加載后固定的載荷時，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，兩類逆鎖鍵的記憶性卻表現(xiàn)出顯著的不同。⑶在生理條件下，分子鍵團簇受到振動載荷的作用，其穩(wěn)定性受到單分子鍵的解離和結(jié)合動力學特性的調(diào)控。通過求解受體與振動配體結(jié)合的擴散反應(yīng)方程，本文發(fā)現(xiàn)在大部分生理條件下受體與振動配體結(jié)合可以簡化為與擴散無關(guān)的過程。分析結(jié)果表明，鍵合的平均結(jié)合時間在高頻時趨于飽和，且存在一個最佳鍵合剛度使得平均結(jié)合時間最小。⑷研究了分子鍵團簇在循環(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。滑移鍵團簇的壽命隨著循環(huán)載荷幅度和頻率的增大而減小，但高頻時趨于飽和。本文還發(fā)現(xiàn)了滑移鍵團簇反常的穩(wěn)定性增強現(xiàn)象:當循環(huán)載荷的振幅較高而頻率較低時，滑移鍵團簇的壽命會顯著增加。參數(shù)研究表明，單分子鍵的隨機動力學特性和循環(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