【摘 要】
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伪足是细胞暂时性伸出的片状或条形突起。细胞的铺展和迁移等行为与伪足有着密切的联系。近年来许多实验对伪足的结构和运动规律进行了研究,发现伪足周期性突起和收缩的运动
【机 构】
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北京理工大学宇航学院生物力学与生物材料实验室,北京 100081
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伪足是细胞暂时性伸出的片状或条形突起。细胞的铺展和迁移等行为与伪足有着密切的联系。近年来许多实验对伪足的结构和运动规律进行了研究,发现伪足周期性突起和收缩的运动过程主要是依靠力信号调控,而且实验已经证明细胞伪足可以探测基底的硬度,但其中的机理还不是很清楚。同时许多实验和理论模型已经证明粘附斑的生长过程是受力信号调控的,而且粘附斑可以探测基底的硬度。粘附斑是伪足的一个重要组成部分,但粘附斑的生长过程与伪足的周期性运动间的关系还不是很清楚。为了研究伪足运动的力信号调控和探测基底硬度的机理,首先建立了伪足的力学模型。伪足主要由细胞膜,肌动蛋白丝及粘附斑组成,其中细胞膜和肌动蛋白丝用梁和杆来描述,粘附斑和基底的相互作用采用双弹簧模型来模拟。在伪足模型中结合了Shemesh等人提出的粘附斑的热力学模型和Bell模型,模拟了粘附斑的成熟和肌动蛋白丝与细胞膜断开的过程。进而利用该模型分析了伪足中细胞膜的变形、肌动蛋白丝的失稳等实验中观察的现象,并模拟了伪足的运动过程及基底硬度对粘附斑成熟和伪足运动周期的影响。我们发现伪足可以通过粘附斑探测基底硬度来调控其周期性运动进而影响细胞的铺展和迁移行为。细胞伪足模型使对伪足的力学行为及伪足中细胞膜、肌动蛋白丝、粘附斑间的相互作用有了更深刻的理解,阐明了力信号调控伪足周期性运动及探测基底硬度的机理。
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