中國科大取得細胞力學研究取要進展

近日，我校工程科學學院近代力學系、中科院材料力學行為和設計重點實驗室姜洪源教授團隊深入研究了細胞的動態粘附和脫粘過程，相關研究成果以「Shape and Dynamics of Adhesive Cells: Mechanical Response of Open Systems」為題，在線發表在5月19日的《物理評論快報》上 [Phys. Rev. Lett. 118, 208102 (2017)]，博士生楊月華為第一作者，姜洪源教授為通訊作者。

細胞粘附是生物學中的基本現象。理解細胞粘附和脫粘的力學生物學機制，對理解細胞遷移、硬度感知、胚胎髮育、細胞分化等生命現象並進一步指導改進細胞力學性質的測量方法與精度，具有重要意義。然而，目前的理論和實驗研究總是忽略在動態粘附過程中的細胞與周圍環境的物質交換，從而忽略細胞體積和壓力的變化，把細胞簡化為彈性球體或粘性液滴。

在本工作中，姜洪源教授研究團隊在前期對細胞體積和壓力調控機制的研究(Biophysical Journal, 105:609-619 (2013))和細胞在受限空間內的遷移機制的研究 (Cell. 157: 611–623 (2014))的基礎之上，進一步將細胞作為開放系統，研究了細胞體積和壓力調控如何影響粘附在兩個平行表面間的細胞的形貌和動力學。研究人員發現，取決於粘附能密度、兩個表面的間距、細胞的大小和柔性表面的剛度，粘附細胞可以是穩定的（凸的或凹的）或不穩定的（自發破裂或崩潰）。在此基礎之上，研究人員發現凸、凹細胞的動態脫粘過程是完全不同的，載入速率與細胞體積調控之間的競爭顯著影響粘附細胞的力學響應。最後，研究人員發現，作為開放系統，貼壁細胞的脫粘也受到載入歷史的極大影響。該結果揭示了細胞體積是細胞力學的一個關鍵參數，對理解細胞粘附相關過程和改進實驗方法具有重要意義。

該工作得到了國家自然科學基金委優秀青年基金和面上項目、青年千人計劃、中科院先導專項等經費的支持。

論文鏈接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.118.208102

（工程科學學院、科研部）

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