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力学刺激伴随着几乎每一个组织和器官的形态发生过程。细胞能感受到其微环境中的力学刺激信号，并将其转化为胞内的生物化学反应，激发一系列信号通路，引起细胞行为的变化，如生长、分化、迁移或凋亡，这个过程叫做力学传导(mechanotransduction)。近年来，人们越来越认识到微环境在调节细胞行为中发挥着重要作用，但是，由于实验方法的限制，人们还不能在弹性膜上拉伸细胞的过程中观察细胞分子水平的实时动态变化。
在本论文中，我们针对这一需求设计制作了一个新型的细胞拉伸装置，详细研究了肌动蛋白纤维在一次拉伸过程中的动态变化，并结合微纳米技术研究了几何形状与机械力学刺激协同作用对成肌细胞活性、形态和肌动蛋白细胞骨架的影响，探讨了肌肉组织分化过程中细胞微环境中的物理因素--机械力学刺激和几何形状--所起的作用。
首先，我们设计制作了一个新型的细胞拉伸装置，可以在对细胞施加机械力学拉伸刺激的同时观察细胞分子水平的实时动态变化。
接下来，我们用这个细胞拉伸装置研究了肌动蛋白应力纤维在拉伸过程中的动态变化，发现经过一次拉伸之后，肌动蛋白应力纤维变短，而且在保持被拉伸的状态时，肌动蛋白应力纤维处于不同程度的持续缩短趋势。我们首次发现力学拉伸刺激促进肌动蛋白应力纤维的重组成束过程。
随后，我们结合微纳米技术研究了与细胞长轴平行的机械力学拉伸刺激和几何形状协同作用对成肌细胞活性、形态和肌动蛋白细胞骨架的影响，我们发现了以下规律：
(1)10μm×100μm是在机械力学拉伸刺激下最佳的几何形状。可以使成肌细胞维持较好的活性、形态和肌动蛋白纤维稳定性。
(2)1000μm2是在机械力学拉伸刺激下最佳的细胞铺展面积。可以使成肌细胞产生新的肌动蛋白纤维。较大或较小的面积都没有明显的新纤维生成。
(3)细胞形状不但影响静止状态下肌动蛋白纤维的排列方向，而且还影响在力学拉伸刺激诱导下新生成的肌动蛋白纤维的排列方向。如20μm×50μm的形状中，新生成的纤维的排列方向与细胞长轴垂直，而在10μm×100μm的细胞中，新生成的纤维的排列方向与细胞长轴平行。
(4)在面积大于1000μm2的形状中，10μm宽的形状比20μm或40μm宽的形状更适合于力学拉伸刺激的环境。
最后，我们依据以上的实验结果提出以下假设：
在平滑肌细胞分化过程中，其前体细胞--成肌细胞--只有从原来的自由铺展的形状变为宽度为10μm左右的细长形状，才能维持较好的活性和形态稳定性，才能够产生或维持稳定的与拉伸方向平行的肌动蛋白纤维，这是肌肉细胞行使其正常功能的首要前提。