細胞：基質(zhì)力學基礎與應用

目錄
第1章 細胞生物力學基礎 1
1.1 細胞生物力學特性 1
1.1.1 細胞對力學微環(huán)境的感知與響應 1
1.1.2 細胞的力學感知元件 2
1.1.3 細胞的力學轉(zhuǎn)導元件 3
1.2 力學對細胞結(jié)構和功能的影響 5
1.2.1 力學對細胞膜的影響 5
1.2.2 力學對細胞骨架的影響 6
1.2.3 力學對細胞核的影響 7
1.2.4 力學對細胞黏附、鋪展面積的影響 8
1.2.5 力學對細胞增殖、分化的影響 9
1.2.6 力學對細胞遷移的影響 10
1.2.7 力學對細胞凋亡的影響 11
1.3 細胞力學的測量方法與儀器 11
1.3.1 微管吸吮技術 12
1.3.2 原子力顯微技術 14
1.3.3 磁珠扭轉(zhuǎn)細胞測量術 16
1.3.4 光鑷技術 17
1.3.5 光束拉伸技術 19
1.3.6 微柱陣列技術 20
1.3.7 牽引力顯微鏡 21
1.3.8 流室技術 22
參考文獻 23
第2章 細胞外基質(zhì)形成 31
2.1 細胞外基質(zhì)的組成成分 31
2.1.1 膠原 32
2.1.2 糖蛋白 32
2.1.3 糖胺聚糖及蛋白聚糖 33
2.1.4 彈性蛋白 33
2.2 細胞外基質(zhì)材料 34
2.2.1 天然細胞外基質(zhì)材料 35
2.2.2 人工細胞外基質(zhì)材料 36
2.3 梯度功能材料的制備 37
2.3.1 梯度表面的制備 39
2.3.2 3D梯度材料的制備 44
2.4 不同剛度基質(zhì)的制備 47
2.4.1 2D基質(zhì)剛度模型的制備 48
2.4.2 3D基質(zhì)剛度模型的制備 52
2.4.3 不同基質(zhì)剛度3D骨組織工程支架 54
參考文獻 57
第3章 細胞和細胞外基質(zhì)的相互作用 65
3.1 基底剛度對干細胞生物學行為的影響 65
3.1.1 用于干細胞研究的不同剛度基質(zhì)材料的制備方法 65
3.1.2 基質(zhì)剛度對干細胞行為的調(diào)控作用 67
3.1.3 基底剛度對干細胞行為影響的機制 69
3.2 拓撲結(jié)構對干細胞生物學行為的影響 71
3.2.1 表面拓撲結(jié)構的制備方法 71
3.2.2 拓撲結(jié)構對干細胞生物學行為的調(diào)控作用 80
3.2.3 拓撲結(jié)構影響干細胞行為的內(nèi)在機制 85
3.3 基質(zhì)剛度對腫瘤發(fā)生發(fā)展的影響 87
3.3.1 細胞外基質(zhì)與腫瘤微環(huán)境 87
3.3.2 基質(zhì)力學與腫瘤的發(fā)生和發(fā)展 88
3.3.3 基質(zhì)力學與腫瘤耐藥性 89
3.3.4 2D基質(zhì)力學與腫瘤增殖、遷移和轉(zhuǎn)移 91
3.3.5 3D基質(zhì)力學與腫瘤增殖、遷移和轉(zhuǎn)移 94
3.4 基底剛度對腫瘤干細胞生物學行為的影響 102
3.4.1 腫瘤細胞的異質(zhì)性 102
3.4.2 腫瘤干細胞 103
3.4.3 腫瘤干細胞龕 109
3.4.4 基質(zhì)力學和腫瘤干細胞 112
3.4.5 腫瘤干細胞的力學特性 114
3.5 基底剛度對腫瘤細胞上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化的影響 114
3.5.1 上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化 114
3.5.2 上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化與腫瘤 116
3.5.3 基質(zhì)力學與上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化 118
3.6 基底應變對細胞生物學特性的調(diào)控 119
3.6.1 基底應變力學加載裝置的制備 119
3.6.2 施加基底應變對不同種類細胞生物學特性的影響 120
3.6.3 基底應變相關的信號通路研究 122
3.7 細胞和細胞外基質(zhì)相互作用的力學信號轉(zhuǎn)導 123
參考文獻 125
第4章 微環(huán)境對細胞-基質(zhì)相互作用的影響 139
4.1 物理因子對細胞-基質(zhì)相互作用的影響 139
4.1.1 物理因子對支架材料調(diào)控細胞功能的影響 139
4.1.2 物理刺激對細胞外基質(zhì)分泌的影響 153
4.2 流體剪切力對細胞-基質(zhì)相互作用的影響 156
4.2.1 流體剪切力在血管微環(huán)境中的作用 157
4.2.2 流體剪切力在腫瘤轉(zhuǎn)移灶中的作用 158
4.2.3 流體剪切力在骨再生修復中的作用 160
4.2.4 流體剪切力在免疫/炎性微環(huán)境中的作用 162
4.3 超聲聯(lián)合干細胞對周圍神經(jīng)修復的影響 165
4.3.1 低強度脈沖超聲對iPSCs-NCSCs活性與增殖的影響 165
4.3.2 低強度脈沖超聲對iPSCs-NCSCs向神經(jīng)元和施旺細胞分化的影響 167
4.3.3 基因表達譜分析超聲對iPSCs-NCSCs基因表達的影響 169
4.3.4 低強度脈沖超聲促進iPSCs-NCSCs增殖和分化的力學信號轉(zhuǎn)導通路 171
4.3.5 低強度脈沖超聲聯(lián)合iPSCs-NCSCs在體修復大鼠坐骨神經(jīng)損傷的研究 171
4.4 低氧對細胞和細胞外基質(zhì)相互作用的影響 174
4.4.1 微環(huán)境 174
4.4.2 低氧環(huán)境對細胞的影響 178
4.4.3 低氧對腫瘤細胞—細胞外基質(zhì)相互作用的影響 180
4.4.4 低氧對骨修復中細胞-細胞外基質(zhì)相互作用的影響 182
參考文獻 183
第5章 細胞與基質(zhì)相互作用中生物力學的應用 197
5.1 細胞-基質(zhì)力學在韌帶修復中的應用 197
5.1.1 材料的有序排列 198
5.1.2 材料的直徑 203
5.2 細胞-基質(zhì)力學在皮膚修復中的應用 206
5.2.1 材料表面結(jié)構 207
5.2.2 材料尺寸 214
5.3 細胞-基質(zhì)力學在神經(jīng)修復中的應用 214
5.3.1 基質(zhì)剛度 215
5.3.2 支架材料拓撲結(jié)構 218
5.4 細胞-基質(zhì)力學在骨修復中的應用 222
5.4.1 基質(zhì)拓撲結(jié)構對骨修復的影響 222
5.4.2 基質(zhì)剛度對骨修復的影響 225
5.5 細胞-基質(zhì)力學在半月板和椎間盤修復中的應用 230
5.6 細胞-基質(zhì)力學在創(chuàng)傷愈合中的應用 235
5.7 細胞-基質(zhì)力學在發(fā)育中的應用 240
5.7.1 細胞和細胞外基質(zhì)相互作用對細胞分化的影響 241
5.7.2 細胞-基質(zhì)力學對胚胎發(fā)育的影響 241
5.7.3 生物力學應答過程中干細胞在分子水平和基因水平的變化 243
參考文獻 246
附錄 257