从生物力学到力学生物学的进展 被引量：29

1

作者 姜宗来 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2017年第1期309-332,共24页

本文介绍了现代生物力学的发展历程和冯元帧先生的贡献、力学生物学的概念与发展以及我国生物力学的发展历程和力学生物学的研究新进展;思考了从生物力学到力学生物学的进展与现状;展望了我国生物力学学科发展的愿景.

关键词 生物力学 力学生物学 应力-生长 重建 力学信号转导

在线阅读 下载PDF 职称材料

发展生物力学造福人类健康——“十四五”我国生物力学研究发展战略思考 被引量：6

2

作者 姜宗来 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期671-675,共5页

2021年是我国"十四五"的开局之年。2020年9月11日习近平主席主持召开了科学家座谈会并发表重要讲话,就"十四五"时期我国科技事业发展指出,希望广大科学家和科技工作者肩负起历史责任,坚持面向世界科技前沿、面向经... 2021年是我国"十四五"的开局之年。2020年9月11日习近平主席主持召开了科学家座谈会并发表重要讲话,就"十四五"时期我国科技事业发展指出,希望广大科学家和科技工作者肩负起历史责任,坚持面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康,不断向科学技术广度和深度进军。 展开更多

关键词 生物力学研究 《纲要》 中国生物医学工程学会 人类健康 战略思考

在线阅读 下载PDF 职称材料

发展生物力学 造福人类健康——“十四五”我国生物力学研究发展战略思考 被引量：1

3

作者 姜宗来 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2021年第S01期1-1,共1页

上世纪70年代末,在冯元桢(Y.C.Fung)先生的大力推动和热情关怀下,生物力学作为一门新兴的交叉学科在我国起步。经过40年的发展,我国生物力学研究进步较快,已经有了相当的基础和积累。近十年来,国内科研硬件不断加强,条件一流,经费也较充... 上世纪70年代末,在冯元桢(Y.C.Fung)先生的大力推动和热情关怀下,生物力学作为一门新兴的交叉学科在我国起步。经过40年的发展,我国生物力学研究进步较快,已经有了相当的基础和积累。近十年来,国内科研硬件不断加强,条件一流,经费也较充足,我们生物力学研究团队普遍都能发表一些国际期刊论文,单位考核与"生存"基本无忧,但标志性的优秀研究成果缺乏,影响了生物力学作为交叉学科的地位。 展开更多

关键词 生物力学研究 交叉学科 优秀研究成果 单位考核 期刊论文 造福人类

在线阅读 下载PDF 职称材料

从生物力学到力学生物学的发展——为冯元桢先生百岁寿辰献礼 被引量：1

4

作者 姜宗来 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第S1期22-26,共5页

今年9月15日将迎来冯元桢先生的百岁华诞。回顾我国生物力学事业发展的历程,看到今天我国生物力学的蓬勃进步,作为亲历者深深地感恩冯先生,是在冯先生的大力推动和热情关怀下,生物力学作为一门新兴的交叉学科在我国起步和发展,又是在冯... 今年9月15日将迎来冯元桢先生的百岁华诞。回顾我国生物力学事业发展的历程,看到今天我国生物力学的蓬勃进步,作为亲历者深深地感恩冯先生,是在冯先生的大力推动和热情关怀下,生物力学作为一门新兴的交叉学科在我国起步和发展,又是在冯先生'应力-生长'理论的指引下,经过40年,可以说两代科学家的勤奋努力,我们才有了能够为先生百岁寿辰献上的学术硕果。 展开更多

关键词 生物力学 冯先生 细胞分子 生物医学工程 力学生物学

在线阅读 下载PDF 职称材料

细胞核骨架蛋白在应力诱导血管重建中的作用及其力学生物学机制

5

作者 齐颖新 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2021年第S01期7-7,共1页

心血管系统是一个以心脏为动力(泵)的力学系统,大量研究表明力学因素在心血管疾病血管重建发生、发展过程中起到直接而明显的作用。应用力学和生物学交叉融合的理念和技术,探讨应力刺激诱导血管重建的分子机制已成为力学生物学研究领域... 心血管系统是一个以心脏为动力(泵)的力学系统,大量研究表明力学因素在心血管疾病血管重建发生、发展过程中起到直接而明显的作用。应用力学和生物学交叉融合的理念和技术,探讨应力刺激诱导血管重建的分子机制已成为力学生物学研究领域的前沿热点之一。近年来,我们关注了细胞核这一细胞内刚度(stiffness)最高和基因转录发生的亚细胞结构,开展了"分子-细胞-组织-动物整体"的多层次研究,探讨细胞核骨架蛋白在应力诱导血管重建中的力学生物学机制。 展开更多

关键词 力学生物学 亚细胞结构 血管重建 心血管疾病 心血管系统 应用力学 应力诱导 力学因素

在线阅读 下载PDF 职称材料

冠脉循环和心肌力学性能 被引量：5

6

作者 霍云龙 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第A01期40-41,共2页

心血管疾病是危害人类生命健康最严重的疾病之一,其巨额的防治费用成为家庭、社会和国家的沉重负担。心血管生物力学领域的研究不仅对于揭示正常血液循环的机理,认识血管生长、衰老的自然规律,而且对于阐明心血管疾病的发病机理以及提... 心血管疾病是危害人类生命健康最严重的疾病之一,其巨额的防治费用成为家庭、社会和国家的沉重负担。心血管生物力学领域的研究不仅对于揭示正常血液循环的机理,认识血管生长、衰老的自然规律,而且对于阐明心血管疾病的发病机理以及提供诊断与防治的一些基本原理包括心血管新型药物和新技术的研发都将有重要的理论和实际意义。我课题组的研究方向为心血管生物力学。动脉粥样硬化造成的动脉狭窄,如发生在心脏会限制冠脉流量和心肌灌注,从而导致心绞痛或心肌梗死。分析确定血管内的血流分布情况有助于深入理解动脉粥样硬化的病理生理机制,从而阻止动脉狭窄的形成和发展,本研究设计的血流动力学模拟软件已经应用于冠脉循环的临床诊断和治疗。研究发现并证实一系列与冠状动脉粥样硬化、动脉狭窄、动脉瘤相关的异常流动:在血管分叉处存在多个异常流动区域;血管舒缩可减缓冠状动脉粥样硬化的形成;冠状动脉分支上游的狭窄可极大地恶化下游分支处的血流分布;血管分叉处、较长的动脉瘤,血流动力学危害最大;率先提出一种两步法(形态学+血流动力学)来辅助CTA提高冠状动脉瘤破裂的临床预测精度[1]。辅助研发的'冠状动脉血流储备分数测量系统'已于2018年底完成多中心临床试验。对照压力导丝测量结果,该系统的临床准确性超过95%,临近病变准确性~90%[2]。这些研究提供了定量分析病变血管内复杂血流动力学环境的方法,具有重要的临床应用价值。现阶段临床上,冠心病的治疗集中于修复在心脏表面的病变大中动脉,很少考虑微循环治疗手段。这是因为心脏的血供,除了其表面的上百根大中动脉外,整体冠状循环的动静脉树却包括几百万根小血管,现有技术手段很难预测小动脉和小静脉中的血流分布,从而有效地掌控药物传输。通过实验测量,统计分析和随机重建,构建整体三维冠状动脉树和静脉树,提出了血流动力学模型,同步计算在所有大动脉、小动脉、大静脉、小静脉里的搏动血流;研究了心室肥大、心力衰竭、血管顺应性、血管分叉和血球密度对整个冠脉循环的影响;发现随着冠状动脉血管直径的降低,分叉处子血管内的流率变得较均匀,确保了红血球较均匀的分布到毛细血管网络中,从而有效地保障了心肌的新陈代谢[3]。三维冠脉树中的血流动力学研究可极大地扩展对整体冠脉循环的认识,确定冠心病的病理生理机制,进而研发新的微循环治疗方法。心血管疾病,如糖尿病、高血压、动脉粥样硬化、血管痉挛、动脉瘤等,都会影响血管的主动和被动力学性能。深入了解动脉的主动和被动力学性能可极大地提高对血管壁力学和血流动力学的理解,为深入地探索血管生长和重建的病生理机制、精确地预测粥样斑块的稳定性和破裂等心血管疾病的诊断与防治提供生物力学的新思路。许多学者测量和分析了血管的被动力学性能,但是对主动力学性能的研究相当有限。基于多轴力学性能测试实验和数值优化分析,首先提出了多轴主动应变能函数。不同于主要由弹性蛋白和胶原纤维调控的被动应变能函数,主动应变能函数反映了平滑肌细胞主动舒缩现象。进一步扩展单层的主动和被动应变能函数为双层模式,并提出了双层血管壁力学模型来计算血管壁内的应力与应变的分布,发现相对于外层,血管内层(Intima-media layer)承受了大部分周向张力,平滑肌细胞的主动收缩可降低所有层内的应力和应变。研究发现在正常生理态下相对于周向和轴向应力,血管壁径向应力可以忽略不计,但是在高血压和其它心血管疾病时,局部血管壁径向应力可以达到周向应力的一半,必须加以考虑。近期对比了年轻鼠和成年鼠的弹性血管和肌性血管壁的力学性质,发现与年轻大鼠相比,成年大鼠的肌性股动脉血管壁发生硬化、弹性颈动脉血管壁近似不变、弹性腹主动脉血管壁变软。结合现有文献,得出结论:不同类型、不同大小的动脉血管壁的力学性质随着年龄变化呈现非线性变化规律。这项研究为腹主动脉瘤和股动脉粥样硬化研究提供了生物力学新思路[4]。心衰,即心力衰竭。力学因素与心衰的发生、发展密切相关。揭示心衰的生物力学机理,对其预防和诊断不仅具有重要的科学意义,也有重要的临床指导作用。系统研究心肌力学性能以及心脏和血管系统动态耦合异常的生物力学机制不仅可以为离体的细胞分子学实验提供生理和病理信息、提高精度,而且可以基于细胞分子实验的结果调整模型中的参数,来验证各种心衰相关的假设。基于影像学测量,三维重构了心肌,执行了心肌动力学分析。在家兔模型中通过冠脉多点结扎产生鳞片状心梗,术后定期执行超声、Micro-CT扫描和组织学分析,证实了冠心病心力衰竭的发生和发展过程中心肌应力与血管增生和衰亡之间的关系。在心室肥大(通过主动脉结扎)和心梗(通过冠脉远端结扎)家兔模型中,评估了心脏房室腔大小、室壁厚度、室壁各节段的运动变化、射血分数、心肌纤维应力和应变、局部应力和应变等。研究发现心室肥大和心梗导致不同的心肌应力和应变,进而导致不同的心肌重塑直至心衰。此外,在年轻(6周)和成年(>8个月)大鼠模型(Wistar)中通过主动脉结扎创建左心室高血压,术后定期执行超声扫描和组织学分析,斑点追踪超声心动图法用于确定室壁各节段的应变和应变率,心肌有限元模型用于应力计算。相对于年轻鼠,研究发现左心室高压显著降低成年鼠射血分数和最大正负左心室压力发展率、增加心室舒张末期压力、增厚心室壁,相对于室间隔显著恶化了游离壁的收缩和舒张功能[5]。 展开更多

关键词 心肌力学 高血压 小静脉 小动脉 冠脉循环 冠状动脉粥样硬化 心血管疾病 应变能函数

在线阅读 下载PDF 职称材料

张成骨通过Yap介导的巨噬细胞极化促进骨缺损修复

7

作者 闫旭 梅炯 +1 位作者 齐颖新 林思恩 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期329-329,共1页

目的各种因素造成的大段骨缺损的修复是骨科临床实践中的难题,牵张成骨(distraction osteogenesis,DO)是解决这一难题的有效方法,具有修复的缺损体积大、无供区并发症、同步促进软组织生长等优势。然而其力学生物学机制尚不明确,限制了D... 目的各种因素造成的大段骨缺损的修复是骨科临床实践中的难题,牵张成骨(distraction osteogenesis,DO)是解决这一难题的有效方法,具有修复的缺损体积大、无供区并发症、同步促进软组织生长等优势。然而其力学生物学机制尚不明确,限制了DO在再生医学领域更广泛的应用。本研究的目的是探究DO的力学生物学机制,寻找DO过程中的力学感受细胞和效应细胞,明确在这一过程中发挥重要作用的力学感受器分子,为DO在骨修复及其他组织修复中的应用提供依据。方法4名骨折患者的骨痂被收集用作测序分析,KEGG、GO等分析,寻找关键分子和关键通路。使用CELL TANK体外牵拉系统对RAW 264.7细胞施加持续2 h、幅度10%、0.5 Hz周期性张应变。流式细胞术用于分析巨噬细胞极化情况。PCR、Western blot及ALP染色法评估细胞成骨分化情况。使用Yap通路阻断剂Verteporfin阻断Yap信号通路。建立大鼠DO模型。使用micro-CT、四点弯曲实验和H&E染色评估骨缺损修复情况。结果持续性张应变促进巨噬细胞M2型极化。M2型巨噬细胞培养上清液可以显著促进成骨分化。干扰Yap表达后,M2细胞极化受损。结论DO过程涉及力学感受细胞和力学效应细胞。巨噬细胞感受张应变,通过Yap的介导完成向M2型的极化,促进成骨细胞分化,持续修复骨缺损。 展开更多

关键词 巨噬细胞极化 力学生物学 牵张成骨 效应细胞 骨缺损修复 成骨分化 组织修复 再生医学

在线阅读 下载PDF 职称材料

在高血压动脉重建中microRNA-21对血管平滑肌细胞细胞外基质表达的调控作用 被引量：4

8

作者 沈宝荣 姚庆苹 +2 位作者 吴广亮 齐颖新 姜宗来 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期1-7,共7页

目的探讨在高血压动脉重建中microRNA-21(miR-21)对血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells,VSMCs)细胞外基质(extracellular matrix,ECM)的调控作用及其机制。方法建立腹主动脉缩窄型大鼠高血压模型,大鼠分为假手术对照组、高血... 目的探讨在高血压动脉重建中microRNA-21(miR-21)对血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells,VSMCs)细胞外基质(extracellular matrix,ECM)的调控作用及其机制。方法建立腹主动脉缩窄型大鼠高血压模型,大鼠分为假手术对照组、高血压2周组和高血压4周组;对体外培养的大鼠主动脉VSMCs施加频率为1.25 Hz周期性张应变,加载幅度分别为0%(静态对照组)、5%(正常张应变组)、15%(模拟高血压状态的高张应变组),加载持续时间均为12 h。采用Western blotting和Real time RT-PCR技术,分别检测动脉和细胞样品ECM以及miR-21的表达。用miR-21特异干扰片段抑制培养的VSMCs miR-21表达,然后检测VSMCs的ECM、miR-21和Smad 7表达变化。结果与假手术对照组相比,高血压2周组胸主动脉ECM和miR-21的表达显著上升;高血压4周组胸主动脉的I型胶原、III型胶原和miR-21表达显著上升。与静态对照组和5%张应变组相比,15%张应变组VSMCs的I型胶原表达无显著变化,而III型胶原表达显著升高,Smad 7表达显著下降,周期性张应变增强VSMCs的miR-21表达。干扰miR-21降低周期性张应变状态下VSMCs的miR-21表达以及III型胶原蛋白水平表达,上调VSMCs的Smad 7表达。结论高血压血管重建导致大鼠胸主动脉ECM和miR-21高表达。周期性高张应变可诱导VSMCs的miR-21高表达,再通过其调节Smad 7蛋白,进而调控VSMCs的ECM,尤其是III型胶原的表达,参与高血压血管重建。 展开更多

关键词 周期性张应变 血管平滑肌细胞 细胞外基质 血管重建 高血压

在线阅读 下载PDF 职称材料

Rab28相关信号通路在低切应力诱导血管平滑肌细胞迁移中的作用 被引量：3

9

作者 陆奇明 顾翔 +3 位作者 姜晓华 姜隽 齐颖新 姜宗来 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期7-13,共7页

目的研究低切应力(low shear stress,LowSS)诱导的血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells,VSMCs)迁移功能异常在动脉粥样硬化血管重建病理过程中的作用及其分子机制。方法应用双向凝胶电泳结合质谱分析的差异蛋白质组学方法,研究... 目的研究低切应力(low shear stress,LowSS)诱导的血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells,VSMCs)迁移功能异常在动脉粥样硬化血管重建病理过程中的作用及其分子机制。方法应用双向凝胶电泳结合质谱分析的差异蛋白质组学方法,研究1.5 Pa正常切应力(normal shear stress,NSS)与0.5 Pa LowSS条件下培养血管组织的蛋白质差异表达谱。应用血管内皮细胞(endothelial cells,ECs)与VSMCs联合培养的平行平板流动腔系统,分别施加NSS和LowSS,Western blot检测ECs与VSMCs的Rab28表达水平以及VSMCs的磷酸化ERK表达水平;Transwell法检测VSMCs的迁移能力;RNA干扰和PD98059分别特异性抑制VSMCs的Rab28表达和ERK磷酸化,再观察VSMCs迁移能力变化。结果血管差异蛋白质组学的结果发现,与NSS组相比,Rab28在LowSS组血管组织的表达水平明显升高。细胞实验结果显示,LowSS加载明显上调VSMCs的Rab28蛋白表达、VSMCs迁移和ERK磷酸化。静态条件下RNA干扰抑制单独培养VSMCs的Rab28表达,VSMCs迁移能力明显降低,但ERK磷酸化水平无明显变化;应用PD98059特异性抑制VSMCs的ERK磷酸化,VSMCs迁移能力和Rab28表达水平均明显降低。结论LowSS可能通过上调VSMCs的ERK磷酸化水平引起Rab28表达水平增加,从而诱导VSMCs迁移。探讨Rab28及其相关信号通路在切应力调控VSMCs功能中的作用及其机制,可能为深入理解动脉粥样硬化血管重建疾病发病机制和寻找新的药物治疗靶点提供力学生物学依据。 展开更多

关键词 切应力 血管平滑肌细胞 细胞迁移 血管重建

在线阅读 下载PDF 职称材料

生理性张应变通过增加核骨架蛋白Emerin表达抑制血管平滑肌细胞凋亡 被引量：1

10

作者 陈小虎 包晗 +3 位作者 黄凯 鲍敏 张萍 齐颖新 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期240-247,共8页

目的探讨细胞核骨架蛋白Emerin及其调控的转录因子在感受张应变力学刺激影响血管平滑肌细胞（vascular smooth muscle cells,VSMCs）凋亡中的作用。方法应用FX-5000T张应变加载系统,对体外培养的VSMCs施加5%幅度、1.25 Hz频率生理性张应... 目的探讨细胞核骨架蛋白Emerin及其调控的转录因子在感受张应变力学刺激影响血管平滑肌细胞（vascular smooth muscle cells,VSMCs）凋亡中的作用。方法应用FX-5000T张应变加载系统,对体外培养的VSMCs施加5%幅度、1.25 Hz频率生理性张应变,以静止组为对照;应用cleaved-caspase3 ELISA试剂盒检测VSMCs凋亡水平,Western blotting检测VSMCs细胞核骨架蛋白Emerin蛋白表达水平。静态条件下,RNA干扰抑制VSMCs的Emerin表达,Protein/DNA芯片检测345种转录因子活性;将特异性干扰Emerin后活性发生明显变化（上调或下调超过2倍）的转录因子进行IPA（Ingenurity Pathway Analysis）信息学分析,筛选与凋亡功能相关的转录因子;染色质免疫共沉淀（chromatin immunoprecipitation,CHIP）结合q PCR检测特异性干扰Emerin对其与两种转录因子motif区域结合能力的影响。结果与静止组相比,5%生理性张应变加载24 h后,VSMCs凋亡水平显著降低,提示生理性张应变对细胞具有保护作用;5%张应变作用6、12和24 h均显著增加VSMCs的Emerin表达水平。静态条件下RNA干扰抑制Emerin表达,VSMCs凋亡水平显著增加,且10种参与细胞凋亡功能调控的转录因子活性显著上调（2倍以上）,包括CREB-BP1、p300、p55、MAX、NRF-1、STAT1、STAT3、TEF1、TR和BZP;CHIP-q PCR结果显示,Emerin特异性干扰可以显著降低Emerin与STAT家族的两个成员STAT1和STAT3的motif区域结合能力。结论生理性张应变可能通过增加核骨架蛋白Emerin表达而调控Emerin与STAT1、STAT3等多种凋亡相关转录因子motif区域结合,进而调控转录因子活性影响VSMCs凋亡。探讨张应变力学刺激调控VSMCs功能的力学生物学分子机制,对揭示血管生理稳态维持和血管病理重建的分子机制具有一定意义。 展开更多

关键词 周期性张应变 血管平滑肌细胞 细胞凋亡 细胞核骨架

在线阅读 下载PDF 职称材料

周期性机械牵拉通过上调Runx2表达促进MC3T3-E1细胞迁移 被引量：1

11

作者 闫旭 李子通 +2 位作者 刘继婷 齐颖新 梅炯 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期162-168,共7页

目的探究周期性牵拉对小鼠胚胎成骨细胞MC3T3-E1迁移功能的影响及其相关机制。方法使用应变加载系统对体外培养的MC3T3-E1细胞施加15%幅度的牵拉,模拟细胞体内受力情况。使用划痕愈合实验检测MC3T3-E1细胞的迁移功能,使用蛋白免疫印迹... 目的探究周期性牵拉对小鼠胚胎成骨细胞MC3T3-E1迁移功能的影响及其相关机制。方法使用应变加载系统对体外培养的MC3T3-E1细胞施加15%幅度的牵拉,模拟细胞体内受力情况。使用划痕愈合实验检测MC3T3-E1细胞的迁移功能,使用蛋白免疫印迹法检测Runx2表达情况,使用RNA干扰技术特异性降低Runx2表达量。结果幅度15%、频率1.25 Hz、持续24 h的周期性机械牵拉可以促进MC3T3-E1细胞的迁移,升高细胞内Runx2表达水平。在静态培养条件下,干扰Runx2能抑制MC3T3-E1细胞的迁移。干扰MC3T3-E1细胞中Runx2表达可以部分降低机械牵拉对细胞迁移的促进效应。结论周期性牵拉可以促进MC3T3-E1细胞的迁移,在此过程中Runx2可能发挥重要作用。研究结果为寻找促进骨折愈合的创新临床治疗方法提供实验依据。 展开更多

关键词 周期性机械牵拉 细胞迁移 成骨细胞 骨折愈合

在线阅读 下载PDF 职称材料