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細胞生物學中的力量2024/12/16

細胞生物學中的力量力學生物學——研究物理力如何控制細胞和組織的行為——是一個快速發展的領域。在本期中，我們推出了一系列特別委托撰寫的評論文章，討論該領域令人興奮的最新發展。細胞行為不僅受到化學信號的指導，還受到細胞及其環境的機械特性的指導。細胞能夠感知外部機械輸入并將其轉換為生化和電信號，從而影響細胞增殖、粘附、遷移和命運等過程。這種機械轉導對于發育和體內平衡很重要，更重要的是，它會影響包括肌營養不良、心肌病、纖維化和癌癥在內的疾病的進展。盡管我們對力傳感和傳導的具體機制的理解仍然局限于更容易處

Nature:抗VEGF時代年齡相關性新生血管性黃斑變性的纖維化2024/11/22

新生性血管年齡相關性黃斑變性（nAMD）的自然疾病進程導致凹陷痕形成和視力喪失。抗VEGF治療，神經控制滲出非常有效，在臨床上已極少遇到大的盤狀凹陷痕。然而，長期研究表明，較小和不太嚴重的纖維化疤痕并不罕見，甚至采取了最佳治療方案，隨著時間的推移而形成。因此可能需要其他機制來解釋這種疾病。推出新的治療方法,需要認識正確的纖維化在臨床中的潛在作用。本綜述聚焦于纖維化的臨床生物標志物、炎癥率、新生、淋巴結和治療的最新數據，強調為推進纖維化新的治療而需要解決的最重要和最緊迫的問題。這篇文章是一篇關于年

Nature | 解鎖心臟纖維化治療新策略：靶向免疫-成纖維細胞通信的關鍵路徑2024/11/21

炎癥和組織纖維化共存，并與器官功能障礙有因果關系。然而，人類心臟病中驅動免疫-成纖維細胞通訊的分子機制仍未被探索，目前還沒有批準的直接針對心臟纖維化的治療方法。在這里，我們對45名健康供體、急性梗塞和慢性衰竭的人類心臟進行了多組學單細胞基因表達、表位作圖和染色質可及性分析。我們確定了與疾病相關的成纖維細胞軌跡，該軌跡分化為不同的群體，讓人想起肌成纖維細胞和基質纖維細胞，后者表達成纖維細胞激活蛋白（FAP）和骨膜素（POSTN）。FAP+的遺傳譜系追蹤體內成纖維細胞顯示它們對POSTN譜系有貢獻，

創新醫療器械系列科普——人工角膜2024/11/21

創新醫療器械擁有自主知識產權，并且具有顯著臨床應用價值。為進一步展現我國醫療器械行業的創新活力，中國生物材料學會近期推出第二季創新醫療器械系列科普，為大眾介紹創新醫療器械產品及其核心技術和臨床應用。歡迎關注。角膜是眼球壁外層前部的透明部分，占外層面積的六分之一，主要由無血管的結締組織構成。角膜從前到后可分為上皮層、前彈力層、基質層、后彈力層和內皮層5層結構。角膜病使透明的角膜出現灰白色的混濁，可使視力模糊、減退，甚至失明。角膜病是我國第二位致盲眼病，目前我國因角膜病致殘致盲者在300-400萬左

揭秘角膜動態：空氣噴射OCT技術在角膜圓錐癥診斷中的應用2024/11/20

亮點?高速光學生物測量能夠評估眼睛對吹氣刺激的反應。?患有圓錐角膜的眼睛表現出更高和更長的角膜移位。?圓錐角膜和正常眼之間提取的參數沒有顯著差異。本研究的目的是使用基于吹氣OCT的光學生物測量技術來表征正常受試者(NL)、圓錐角膜患者(FFKC)和臨床圓錐角膜(KC)患者的角膜動態反應。這項橫斷面研究包括50只正常眼(NL)、15只扁平形眼(FFKC)和31只患有早期和中度圓錐角膜(KC)的眼睛。使用MS-39（CSO，意大利）進行角膜曲率測量和厚度測量。使用光學生物計與吹氣系統相結合，對角膜頂

Nature | 揭示細胞力量的超分辨率：2D TIRF-SIM-TFM技術突破生物力學研究2024/11/19

量化細胞產生的微小的、快速變化的力是理解健康和疾病中的生物力學和機械生物學的一個重大挑戰。牽引力顯微鏡仍然是應用廣泛的力探測技術之一，但通常僅限于數秒內的緩慢事件和微米級位移。在這里，通過結合快速二維全內反射熒光超分辨率結構照明顯微鏡和牽引力顯微鏡，與相關的傳統方式相比，平面細胞力探測的分辨率在空間上提高了2倍，在時間上提高了10倍。這種活細胞2DTIRF-SIM-TFM方法提供了與納秒和亞秒尺度上的力相關的時空分辨率增強的組合，開辟了機械生物學的新分析領域。這篇文章是關于一種名為二維全內反射熒

水凝膠特性及應用2024/11/18

水凝膠是一種具有高含水量和生物相容性的仿生及生物功能材料，其化學、結構和功能特性使其在多個領域有著廣泛的應用。以下是對水凝膠特性和應用的一些總結：水凝膠的定義與制備：水凝膠是由親水性聚合物鏈通過化學或物理交聯形成的三維網絡結構，能夠充分吸水而不溶于水，保持其原有的三維結構。水凝膠的制備可以通過交聯親水型聚合物或聚合含交聯劑的水溶性單體來實現。水凝膠的特性：生物相容性：水凝膠具有良好的生物相容性，可以作為組織工程支架，減少對周圍組織的摩擦和機械作用。生物降解性：水凝膠具有生物降解性，可以在醫學領域

細胞力學2023 年度研究進展2024/11/18

摘要:細胞力學研究在近年來迅速發展,揭示了細胞如何通過感知和響應外界力學環境來調節其功能和行為。2023年,細胞力學領域在理解細胞自身的力學特性、對固體和流體環境的力學感知、在動態力學條件下的適應性方面取得了顯著突破。同時,先進的測量技術和力學模型為研究提供了新的工具。這些成果加深了對生理和病理過程的認識,并為疾病的診斷、預防和干預手段提供新的思路。本文綜述了2023年度華人學者在細胞力學領域的研究進展,探討其在不同生物過程中所展現的力學機制。關鍵詞:力學生物學;細胞力學性能;力信號轉導;力學模

水凝膠剛度測量方法的交叉評價2024/11/18

水凝膠剛度測量方法的交叉評估---5種機械測試方法：拉伸、壓縮、剪切流變學、宏觀壓痕和納米壓痕剛度是水凝膠的一個關鍵特性，它會影響細胞粘附、運動和分化、生物醫學植入物的完整性以及傷口覆蓋物的柔韌性。水凝膠的剛度受其合成條件的控制，無論是通過改變聚合物或所使用的交聯方案、增加聚合物的濃度還是增加交聯的程度。然而，目前尚未提出控制水凝膠剛度的通用設計方案，并且由于測量方法不一致，不同研究之間的比較受到限制。在這里，我們使用結構模型對18種聚乙烯醇水凝膠配方的剛度進行先驗預測，并比較了五種獨立的剛度測

細胞拉伸儀如何控制細胞的生物力學響應？2024/08/30

細胞拉伸儀廣泛應用于生物醫學、生物力學、細胞生物學等領域。它對于研究細胞的形態、功能、生物力學響應等具有重要意義，有助于深入了解細胞的生理和病理過程，以及細胞與周圍環境之間的相互作用。細胞拉伸儀通過精確控制施加在細胞上的機械力，包括力的幅度、頻率和持續時間，從而控制細胞的生物力學響應。以下是具體的控制方式和過程:一、力的幅度控制細胞拉伸儀能夠設定并調節施加在細胞上的拉伸或壓縮力的大小。這種調節通常通過調整機械裝置的位移量或壓力值來實現，確保細胞受到的力在預設的范圍內。力的幅度控制對于模擬不同生理

細胞拉伸培養系統的技術原理和特點介紹2024/06/29

細胞拉伸培養系統是一種專門用于模擬生物體內細胞受到機械拉伸刺激的體外培養設備。該系統通過施加特定的拉伸力，模擬細胞在生物體內所經歷的機械環境，進而研究細胞在這種環境下的生物學行為、生理反應和分子機制。技術原理：細胞拉伸培養系統通常采用彈性基底材料，如硅膠、橡膠或聚合物等，通過施加外部力量使基底材料產生形變，進而對附著在上面的細胞施加拉伸力。系統可以通過計算機控制實現拉伸力的精確調節，同時結合細胞培養、生物成像和數據分析等技術手段，全面研究細胞在機械刺激下的生物學行為。主要特點：高精度控制：系統能

微觀力學性能的精準探針：納米壓痕儀的應用與突破2024/03/14

在材料科學、物理學以及生物醫學工程等諸多研究領域，對材料微觀力學性能的深入了解對于新材料的開發和現有材料的改進至關重要。納米壓痕儀作為一種高精度的測試儀器，在這些領域中扮演著至關重要的角色。它能夠以納米級的精度測量材料的硬度、彈性模量等力學性質，為科研人員提供了一種強有力的工具，以便更好地理解和利用物質的微觀世界。壓痕儀的工作原理是通過精確控制一個負載到樣品表面，并監測負載與壓入深度之間的關系。通過連續記錄這一關系，可以獲得材料在微小尺度下的力學響應。這項技術不僅適用于金屬材料，還能用于聚合物、

組織工程中使用電刺激調節細胞行為 - 下2024/02/06

通過參與組織形成、組織再生和傷口愈合，定向細胞遷移和排列對再生醫學非常有益。調節細胞遷移和排列的能力將是再生醫學的寶貴資產。細胞排列和遷移的機制被認為是造成這些影響的原因，包括電壓門控離子通道、g蛋白偶聯受體、整合素、細胞極化和內源性電場。ES作為物理方法因其可以激活陰極或陽極附近細胞的特定信號通路，誘導細胞遷移和排列而備受關注。電刺激對細胞排列的影響許多方法都能夠通過外部因素誘導細胞遷移和排列，例如添加生物活性因子，提供單獨的表面模式，研究表明物理方法比所有其他技術更能引導細胞遷移和排列。ES

組織工程中使用電刺激調節細胞行為 - 上2024/02/06

再生醫學和組織工程結合醫學、細胞和分子生物學、材料科學和生物工程等方面，以再生、修復或替代組織或器官為目。三個關鍵因素包括種子細胞、支架和刺激因子。組織工程支架可以將特定的細胞運送到受損部位，并作為提供刺激的介質，類似于天然組織的組成。支架模擬自然組織的力學特性和所需的生物學特性，以確保體內支持，營養物質的最佳擴散，并促進細胞通訊。種子細胞包括非干細胞和干細胞。非干細胞包括：雪旺細胞(SCs)、成骨細胞、成纖維細胞和內皮細胞(ECs)；干細胞可分為兩種類型：(1)成體干細胞：脂肪源性干細胞和肌肉

納米壓痕儀為現有材料的性能優化提供了重要信息2024/02/02

在材料科學和工程領域，對材料微小尺度下的力學性能進行準確評估是至關重要的。納米壓痕儀作為一種精密的測試設備，能夠以納米級的分辨率測量材料的硬度、彈性模量等力學性質。這種技術的應用不僅有助于研發新材料，還為現有材料的性能優化提供了重要信息。壓痕儀的工作原理基于精密的壓入技術。它使用一個極細的探針，通常是金剛石制成，對準樣品表面進行壓入。通過連續記錄探針對樣品的壓入深度和施加的力，壓痕儀能夠計算出材料的硬度和彈性模量。這一過程通常涉及到復雜的力學模型，如奧利弗和帕姆方程，以確保測量結果的準確性。性能

Pavone對類器官樣品進行機械性能篩選2024/02/01

類器官是具有與活體器官相似生理結構和功能的三維組織培養物。與傳統的二維細胞培養相比，類器官在體外提供了更準確的環境表征。類器官提供了一個研究3D力學方面的框架，將機械生物學整合到類器官技術中可以創建更多與生理相關的體外模型。這些機械特性揭示了機械力如何決定類器官的表型、形態和功能。然而，評估類器官的機械特性可能是復雜和耗時的，通常涉及損害其固有機械特性的固定方法。Optics11Pavone簡化了類器官評估的解決方案：通過易用的工作流程，不需要專業操作人員或廣泛培訓，最大限度地減少設備要求，處理

水凝膠材料的力學特性與其對細胞的調控作用機制2024/01/15

水凝膠是生物醫用領域的重要生物材料，也是研究熱點。但人體內細胞與組織的微環境和調控機制復雜，水凝膠的應用仍存在一些待解決的疑問。隨著生物力學的發展，越來越多的研究者發現除水凝膠的材料及生物學特性以外，生物力學特性也是調控細胞功能、影響組織再生修復的關鍵因素之一。水凝膠是一種以水為分散介質的三維網絡結構聚合物材料，因其良好的生物相容性、藥物負載和緩釋特性、多孔結構、滲透性和親水性，尤其是其高度類似于人體組織的吸水及保濕能力，一直是組織工程與再生醫學的研究熱點。細胞外基質(ECM)是細胞生長的微環境

流體剪切力對血管內皮細胞的影響2023/12/28

內皮細胞(EC)排列在血管腔表面，在健康和疾病中調節血管功能方面發揮著顯著作用。研究表明，EC控制血管張力、通透性、炎癥，甚至血管的生長和消退。由于EC對血管系統內血流和血壓產生的剪切應力和周向應變均具有機械敏感性，因此對血管穩態至關重要。具體來說，EC在糖尿病和動脈粥樣硬化等病理條件下會出現功能障礙。內皮功能障礙通常是血管形態改變的結果，并且是許多病理和疾病狀態的標志，例如動脈粥樣硬化、糖尿病、高血壓和炎癥。內皮細胞持續暴露于剪切應力，這是由血管腔表面上的血流產生的。剪切應力可以通過激活機械傳

細胞拉伸儀培養皿的密閉技術及其重要性2023/12/12

在生物醫學研究中，細胞拉伸儀是一種常用的工具，用于研究細胞在不同應力下的生理反應。這種儀器的主要組成部分是一個可以對細胞施加特定應力的培養皿。為了保證實驗的準確性和重復性，培養皿的密閉性是至關重要的。下面將詳細介紹拉伸儀培養皿的密閉技術及其重要性。首先，我們需要了解為什么需要密閉培養皿。在細胞拉伸實驗中，細胞需要在一定的應力下生長和分裂。如果培養皿不是全密閉的，那么細胞可能會受到外界環境的影響，如溫度、濕度、氣體濃度等，這些因素都可能改變細胞的生長狀態和生理反應。此外，如果培養皿不是密閉的，那么

細胞培養板使用過程中容易被忽視的“邊緣效應”2023/12/08

邊緣效應(EdgeEffect)是指在利用96孔（或更多）培養板進行細胞培養時，處在周邊及四個角孔中的細胞通常會表現出異常的現象。產生邊緣效應的原因1.溫度：聚苯乙烯本身為不良熱導體，將板從室溫（25℃左右）置于37℃的溫箱，隨著孔板升溫，在外周孔與中心孔之間可能存在熱力學梯度。2.蒸發：在培養箱經常開關的情況下，由于位置效應，邊緣孔的濕度較中間孔更低，水分揮發的現象就更為嚴重。容易造成四周培養基的體積會明顯少于中間孔，而四個角落則更甚。對于長時間周期的研究來說，這是一個不容忽視的問題——隨著培