3D打印干骺端骨修复支架的生物力学优化设计

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作者 武琦 李小康 +4 位作者 汤臻 郑增辉 曹朋飞 徐峰 郭征 《医用生物力学》 北大核心 2025年第2期477-484,共8页

恶性骨肿瘤手术切除常导致下肢长骨干骺端骨缺损。干骺端的形态异型性是传统治疗方法难以匹配目标缺损区域的原因。3D打印钛金属骨修复支架因其能够实现良好的外形匹配并提供足够的力学支撑,成为目前临床上有效的干骺端骨缺损治疗手段,... 恶性骨肿瘤手术切除常导致下肢长骨干骺端骨缺损。干骺端的形态异型性是传统治疗方法难以匹配目标缺损区域的原因。3D打印钛金属骨修复支架因其能够实现良好的外形匹配并提供足够的力学支撑,成为目前临床上有效的干骺端骨缺损治疗手段,然而现有常用骨支架难以精准匹配骨缺损部位生物力学环境,导致支架内部骨长入并不理想,术后假体松动断裂时有报道。骨作为一种高度力学敏感的器官,其命运受力学信号调节。因此,从生物力学角度出发进行骨支架设计以实现骨修复支架与骨缺损部位的力学适配,是影响骨缺损重建成败的关键因素。本文主要介绍干骺端骨缺损修复力学影响因素及与骨生物力学适配3D打印钛金属骨修复支架设计的研究进展,为骨支架的生物力学优化设计提供理论参考。 展开更多

关键词 骨生物力学 干骺端 骨修复 多孔支架 梯度设计

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类皮肤生物力学信息采集-调控技术

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作者 刘灏 徐峰 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期165-165,共1页

目的皮肤是人体与外界交互的重要媒介,始终处于力、热等环境刺激的作用之中。因此,探究皮肤对外界刺激的感知机理、并开发相应技术对外界刺激进行有效采集与调控,对于了解疾病成因、探索诊疗方法具有重要意义。方法本研究基于前期创立... 目的皮肤是人体与外界交互的重要媒介,始终处于力、热等环境刺激的作用之中。因此,探究皮肤对外界刺激的感知机理、并开发相应技术对外界刺激进行有效采集与调控,对于了解疾病成因、探索诊疗方法具有重要意义。方法本研究基于前期创立的生物组织力-热-电(疼痛)耦合行为理论,系统阐释了热、力等外源性物理刺激通过电生理传导引起人体痛觉感知的作用机制,并提出了力学刺激信息采集与调控的技术需求。在此基础上,建立了类皮肤柔性器件的力学结构设计理论与技术体系与基于水凝胶材料的柔性器件制备技术与应用体系。结果提出了通过结构变形降低材料变形的思路,设计开发了内嵌三维螺旋、空间刚度异质、仿生叠覆鳞片等多种可承受大变形的力学结构,将这些结构应用于柔性器件的制备中,可显著提升器件在大变形工况下的结构与功能稳定性;建立了基于水凝胶材料的柔性器件制备技术与应用体系,开发了一系列功能化水凝胶材料与器件,搭建了在体力学信息采集与调控平台,并探索了其在健康监测、疾病诊疗、创面修复等方面的应用前景。结论本研究基于力学设计原理,开发柔性生物力学信息采集-调控器件,对于人体健康监测、创面减张修复等实际临床应用具有借鉴意义。 展开更多

关键词 疾病诊疗 信息采集 力学刺激 生物力学 力学结构 物理刺激 环境刺激 创面修复

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上皮-间质转化中细胞间黏附强度变化的力学生物学机制

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作者 朱鸿源 林敏 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期87-87,共1页

目的上皮-间质转化在胚胎发育、伤口愈合和癌症转移等生理病理中发挥重要作用,而其分子尺度上的主要特征就是钙黏素介导的细胞间力学黏附强度减弱。方法建立了一个新的细胞间黏附力学模型,整合了分子马达-离合器模型和二维格点模型,同... 目的上皮-间质转化在胚胎发育、伤口愈合和癌症转移等生理病理中发挥重要作用,而其分子尺度上的主要特征就是钙黏素介导的细胞间力学黏附强度减弱。方法建立了一个新的细胞间黏附力学模型,整合了分子马达-离合器模型和二维格点模型,同时考虑了钙黏素的空间分布、聚集过程以及与肌动蛋白骨架之间的动态结合。结果由肌动蛋白骨架施加的收缩力通过将更多的钙黏素招募到细胞膜上来增强细胞间黏附的强度。由于细胞间黏附断裂倾向于在细胞膜内侧发生,顺式和反式结合的变化对细胞间黏附强度影响有限。E-钙黏素和N-钙黏素介导的细胞间黏附强度的差异主要源于它们与肌动蛋白骨架结合动力学的差异。此外,当细胞附着在经钙黏素配体修饰的基底上时,细胞-基底间的黏附强度取决于基底刚度和配体密度。结论模型为理解调控细胞间黏附强度的分子机制提供了全面的认识,揭示了在上皮-间质转化中钙黏素和肌动蛋白之间动态相互作用的变化机制。 展开更多

关键词 分子马达 胚胎发育 肌动蛋白 力学生物学 伤口愈合 细胞附着 分子尺度 生理病理

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牙周膜-牙槽骨界面基质刚度梯度调控间充质干细胞免疫表型的力学生物学机制

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作者 马玉菲 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期106-106,共1页

目的在人体软-硬组织界面中,细胞尺度基质刚度梯度是细胞普遍经历的关键生物物理因素之一,其在发育和组织稳态中起重要作用。然而,目前细胞尺度基质刚度梯度对细胞行为和功能的影响研究甚少,如对间充质干细胞(MSCs)的免疫调节作用尚不... 目的在人体软-硬组织界面中,细胞尺度基质刚度梯度是细胞普遍经历的关键生物物理因素之一,其在发育和组织稳态中起重要作用。然而,目前细胞尺度基质刚度梯度对细胞行为和功能的影响研究甚少,如对间充质干细胞(MSCs)的免疫调节作用尚不清楚。本研究以牙周膜(PDL)-牙槽骨(AB)界面为例,研究基质刚度梯度调控MSCs免疫表型的作用和机制。方法表征健康和牙周炎大鼠PDL-AB界面微环境,包括矿物含量、胶原纤维排布和含量及MSCs免疫表型;基于微模塑技术开发双层聚丙烯酰胺水凝胶平台构建细胞尺度基质刚度梯度;通过实验和数理建模揭示基质刚度梯度调控MSCs免疫表型的潜在机制。结果牙周炎大鼠PDL-AB界面刚度梯度强度(SGS)明显低于健康组,这主要由于界面处存在低矿物含量梯度,且界面MSCs表现明显抗炎表型(即MSC2)。体外构建高SGS和低SGS基质,低SGS基质通过降低细胞极化诱导MSCs呈现更显著抗炎表型。潜在力学生物学机制可能与整合素β1簇和肌球蛋白ⅡB极化减少,导致H4K16ac定位依赖的染色质重塑,有助于TLR3基因表达密切相关。结论牙周炎大鼠PDL-AB界面MSCs通过调节细胞极化响应界面处低SGS并诱导其呈现抗炎表型。本研究为牙周组织工程和其他再生医学应用中合理设计软-硬组织界面的仿生策略提供指导。 展开更多

关键词 力学生物学 免疫表型 牙槽骨 组织界面 聚丙烯酰胺水凝胶 间充质干细胞 牙周膜 再生医学

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过冷保存技术在移植物保存中的应用研究进展

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作者 赵恒 冯锦腾 +4 位作者 于邦瑞 李益行 白浩田 黄海水 张广健 《器官移植》 北大核心 2025年第3期394-403,共10页

过冷保存技术作为器官保存领域的一项突破性创新,通过将器官置于接近冰点或低于冰点的低温环境中,显著降低细胞的代谢率并抑制冰晶形成,延长了器官保存时间并保持其生物活性。相较于传统4℃低温保存,过冷保存技术能够有效避免细胞损伤... 过冷保存技术作为器官保存领域的一项突破性创新,通过将器官置于接近冰点或低于冰点的低温环境中,显著降低细胞的代谢率并抑制冰晶形成,延长了器官保存时间并保持其生物活性。相较于传统4℃低温保存,过冷保存技术能够有效避免细胞损伤和代谢物累积问题,在细胞、组织和器官保存中表现出显著优势。近年来,在冷冻保护剂优化、抗冻蛋白应用、玻璃化技术改进及纳米复温技术等领域取得了重要进展,为解决过冷保存过程中面临的毒性、冰晶形成及复温速率不均等挑战提供了新路径。本综述总结了过冷保存的基本原理以及关键技术的应用及其在器官移植中的实际成效,同时分析了其面临的毒性、复温效率等挑战,以期为未来优化器官低温保存技术和推动临床应用提供理论支持和研究方向。 展开更多

关键词 过冷保存 器官移植 冰晶 冷冻保护剂 降温 复温 抗冻蛋白 纳米技术

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细胞膜力学敏感受体介导细胞功能调控的力学生物学机制 被引量：1

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作者 林敏 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2021年第S01期12-12,共1页

细胞膜是细胞与外部环境进行物质与能量交换的桥梁,是调节细胞正常生命活动的重要结构基础。研究表明,细胞膜上的多种微结构,如离子通道、磷脂双分子层和力敏感受体(如整合素、钙黏素)等可通过力学作用方式参与并影响细胞膜的物质输运... 细胞膜是细胞与外部环境进行物质与能量交换的桥梁,是调节细胞正常生命活动的重要结构基础。研究表明,细胞膜上的多种微结构,如离子通道、磷脂双分子层和力敏感受体(如整合素、钙黏素)等可通过力学作用方式参与并影响细胞膜的物质输运、信号转导等功能。因此,细胞膜力学生物学研究成为探索细胞通过细胞膜上的多种微结构响应外界复杂力学刺激的力学生物学机制的关键。 展开更多

关键词 力学生物学 力学刺激 力学作用 离子通道 受体介导 磷脂双分子层 物质输运 整合素

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力学微环境对心肌细胞氧化还原状态影响的扫描电化学显微镜研究

7

作者 李菲 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2021年第S01期75-75,共1页

力学微环境对心肌细胞表型和功能的调节起着关键作用,与心肌细胞的细胞内氧化还原机制密切相关。谷胱甘肽(GSH)是细胞内还原性氧化代谢循环中最丰富的反应物,可代表细胞的氧化还原水平。然而,心肌细胞氧化还原状态与其力学微环境之间的... 力学微环境对心肌细胞表型和功能的调节起着关键作用,与心肌细胞的细胞内氧化还原机制密切相关。谷胱甘肽(GSH)是细胞内还原性氧化代谢循环中最丰富的反应物,可代表细胞的氧化还原水平。然而,心肌细胞氧化还原状态与其力学微环境之间的关系仍不清晰。此外,考虑到心肌细胞内谷胱甘肽水平的动态变化,并为避免相邻细胞对心肌细胞氧化还原状态的干扰,在单细胞水平对活体心肌细胞的谷胱甘肽水平的原位表征是非常重要的。 展开更多

关键词 扫描电化学显微镜 细胞氧化还原状态 心肌细胞 单细胞水平 还原机制 氧化代谢 谷胱甘肽 原位表征

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牙周软-硬组织界面梯度力学微环境调控MSCs免疫表型的机制

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作者 张辉 李昂 徐峰 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期416-416,共1页

牙周组织主要由牙骨质(硬)-牙周膜(软)-牙槽骨(硬)复合体组成,其中牙周膜-牙槽骨组织界面是功能发挥的关键因素之一。然而,临床治疗仍无法在缺损区重建出牙周膜-牙槽骨组织界面的生理结构和功能。目的表征牙周膜—牙槽骨组织界面的组成... 牙周组织主要由牙骨质(硬)-牙周膜(软)-牙槽骨(硬)复合体组成,其中牙周膜-牙槽骨组织界面是功能发挥的关键因素之一。然而,临床治疗仍无法在缺损区重建出牙周膜-牙槽骨组织界面的生理结构和功能。目的表征牙周膜—牙槽骨组织界面的组成、结构和力学特性,探究炎症时该界面力学微环境调控间充质干细胞(MSCs)免疫表型的机制。方法使用拉曼光谱、原子力显微镜、多重免疫组化技术表征健康、牙周炎SD大鼠的组织界面力学微环境和MSCs免疫表型。其次,制备刚度梯度细胞培养平台,模拟在体组织界面MSCs刚度梯度微环境。最后,基于细胞培养平台,结合免疫荧光和力学模型,阐明刚度梯度调控MSCs免疫表型的分子机制。结果组织界面存在细胞尺度的刚度梯度,牙周炎会导致组织界面刚度梯度强度(SGS特征)降低,且组织界面处的MSCs具有MSC2表型(抗炎表型)。其次,SGS特征通过细胞极化调控MSC2表型。最后,发现SGS特征通过整合素和肌球蛋白ⅡB极化以及细胞核力学转导调控MSC2表型的关键力学生物学机制。结论牙周膜-牙槽骨组织界面存在细胞尺度的刚度梯度,SGS特征通过调控MSCs细胞极化影响MSC2表型。这项工作为组织工程和再生医学应用中合理设计软—硬组织界面的仿生策略提供了指导。 展开更多

关键词 组织界面 免疫表型 力学生物学 微环境调控 缺损区 牙周膜 细胞培养 牙槽骨

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糖蛋白通过动力学陷阱与空间位阻的拮抗效应调控整合素介导的癌症进程

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作者 林敏 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期81-81,共1页

目的糖萼是一层密集分布于细胞表面的糖蛋白层,已有研究表面其表达水平与癌症进程息息相关,但其确切作用机制尚不清楚。动力学陷阱模型指出过表达大分子量的糖蛋白普遍促进整合素受体聚集。然而,该模型未能解释部分小分子量糖蛋白对癌... 目的糖萼是一层密集分布于细胞表面的糖蛋白层,已有研究表面其表达水平与癌症进程息息相关,但其确切作用机制尚不清楚。动力学陷阱模型指出过表达大分子量的糖蛋白普遍促进整合素受体聚集。然而,该模型未能解释部分小分子量糖蛋白对癌症进展的抑制作用。在本研究中,发现糖萼的分子组成是决定其促进还是抑制癌症转移的关键可控因素。方法实验主要包括人胰腺癌细胞系培养、慢病毒转染、免疫组化、实时定量PCR、免疫印迹、ORIS迁移实验、免疫染色、牵引力显微镜、酶联免疫试验、免疫共沉淀、流式细胞术,以及动物实验等。还建立了一个基于黏附动力学的格点弹簧模型,刻画了多层糖萼与整合素之间的力学相互作用,同时考虑了小分子量糖蛋白的动力学陷阱与空间位阻的拮抗效应。结果糖蛋白组分的变化通过相互拮抗的动力学陷阱与空间位阻效应来控制整合素激活和聚集,形成3种不同状态分别促进或抑制癌细胞迁移。细胞和动物实验表明,小分子量糖蛋白MUC15的过表达可以通过空间位阻效应抑制整合素激活和胰腺癌转移,符合模型预测的糖蛋白对整合素的抑制状态。结论这些发现为糖萼在癌症中的复杂作用提供了统一的认知,并提出了通过调控糖萼组分来治疗癌症的潜在方案。 展开更多

关键词 酶联免疫试验 抑制状态 空间位阻效应 动物实验 拮抗效应 整合素 可控因素 免疫染色

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仿生骨小梁钛合金支架调控Schwann细胞分泌BDNF促进BMSCs的成骨分化

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作者 刘俭涛 王己清 +1 位作者 林敏 尹战海 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期101-101,共1页

目的探究仿生骨小梁钛合金支架调控Schwann细胞(SCs)促进骨髓间充质干细胞(BMSCs)成骨分化的力学生物学机制,为钛合金植入体骨整合性能的提升提供新的干预措施。方法基于Voronoi算法和SLM技术制备仿生骨小梁和实体结构钛合金支架。提取... 目的探究仿生骨小梁钛合金支架调控Schwann细胞(SCs)促进骨髓间充质干细胞(BMSCs)成骨分化的力学生物学机制,为钛合金植入体骨整合性能的提升提供新的干预措施。方法基于Voronoi算法和SLM技术制备仿生骨小梁和实体结构钛合金支架。提取大鼠坐骨神经源性SCs和BMSCs。将SCs细胞接种到两种支架上,培养一定时间后,评估SCs在不同支架上的增殖、细胞骨架、YAP核定位以及基因表达情况。提取支架与SCs共培养的上清液,用于培养BMSCs,评估BMSCs增殖及成骨分化能力。用ELISA技术检测支架与SCs共培养上清液中神经营养因子表达变化,明确其促成骨分化的活性因子。结果SCs细胞在两种支架上增殖效果差异无统计学意义(P>0.05)。仿生骨小梁钛合金支架上的SCs具有清晰的细胞骨架和较大的铺展面积,同时具有更多的YAP核定位。转录组测序显示仿生骨小梁钛合金支架可以引起SCs内参与机械信号转导通路(局灶黏附、细胞骨架调控、基因转录调控)的基因表达变化。仿生骨小梁与SCs共培养的上清液可以促进BMSCs的增殖、ALP活性增高、钙盐沉积增加以及ALP、OCN、RUNX2等成骨基因表达增高(P<0.05)。ELISA检测结果显示上清液含有较多的BDNF。结论仿生骨小梁钛合金支架可能通过机械信号转导通路调控SCs神经营养因子BDNF的分泌,从而促进BMSCs的增殖与成骨分化。 展开更多

关键词 力学生物学 成骨分化 神经营养因子 细胞骨架 活性因子 骨小梁 实体结构 植入体

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个性化力学辅助创面修复技术

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作者 刘灏 徐峰 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期222-222,共1页

目的创面的有效修复面临全球挑战。力学加载可通过诱导细胞增殖、影响炎症反应、胶原沉积和血管生成促进创面修复,相关的创面修复技术近年来快速发展,但实际应用中,考虑创面具特征的个性化创面力学调控仍未实现。方法本研究提出一种通... 目的创面的有效修复面临全球挑战。力学加载可通过诱导细胞增殖、影响炎症反应、胶原沉积和血管生成促进创面修复,相关的创面修复技术近年来快速发展,但实际应用中,考虑创面具特征的个性化创面力学调控仍未实现。方法本研究提出一种通过人工智能实现力学调控敷料优化设计的个性化创面修复方案。具体通过图像分割算法提取创面特征(如尺寸、部位),并由神经网络计算可使该创面产生最大程度收缩的敷料参数(模量、尺寸),以实现定制设计;按照优化的时间序列周期性更换敷料,并针对创面实时特征进行敷料再设计。通过慢性创面与大动物模型验证所开发技术的修复效果。结果实验测试与数值模拟结果表明,敷料设计参数会影响创面的收缩效果,而这一影响规律又因创面特征的不同而存在差异,验证了本研究通过优化敷料设计参数实现个性化创面修复这一思路的可行性。通过材料性能表征与在体测试,确定敷料更换的优化时间序列,即每3天更换1次,其中加热5 min、放置1天、空置2天。糖尿病小鼠创面模型与猪创面模型验证了该技术显著提升创面收缩、促进血管化与胶原重塑的效果。结论个性化创面力学修复技术的出色效果在大动物模型中得以验证,展现出较大的临床转化潜力。 展开更多

关键词 创面修复 时间序列 慢性创面 人工智能 定制设计 神经网络计算 血管生成 细胞增殖

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基质刚度调控糖酵解影响皮肤鳞癌进展的研究

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作者 李源 冯雨晴 徐峰 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期89-89,共1页

目的皮肤鳞癌作为最常见的非黑色素瘤皮肤肿瘤之一,伴随其进展的基质刚度增加会导致恶性转移的发生并严重影响患者预后。肿瘤细胞为了满足快速增殖和转移的需求,通常会重编程自身能量代谢以供给足够的能量和生物分子。然而,对糖酵解在... 目的皮肤鳞癌作为最常见的非黑色素瘤皮肤肿瘤之一,伴随其进展的基质刚度增加会导致恶性转移的发生并严重影响患者预后。肿瘤细胞为了满足快速增殖和转移的需求,通常会重编程自身能量代谢以供给足够的能量和生物分子。然而,对糖酵解在基质刚度调控下的皮肤鳞癌进展目前仍认识有限。方法构建不同刚度的聚丙烯酰胺(PA)水凝胶体外模型和皮肤鳞癌在体动物模型,观察基质刚度对皮肤鳞癌细胞增殖、迁移和EMT表型及有氧糖酵解能力的影响;通过细胞和分子生物学手段调控细胞FAKYAP机械转导信号通路,探究基质刚度通过糖酵解调控皮肤鳞癌进展的分子生物学机制;通过在体和体外抑制糖酵解和基质刚度硬化,验证糖酵解在基质刚度调控肤鳞癌进展中的作用。结果高基质刚度通过提高皮肤鳞癌细胞糖酵解增强细胞的增殖、迁移和EMT表型转变;基质刚度通过FAK-YAP通路调控皮肤鳞癌细胞糖酵解;抑制皮肤鳞癌细胞的糖酵解可以有效遏制皮肤鳞癌进展。结论高基质刚度通过增强糖酵解并促进皮肤鳞癌进展。 展开更多

关键词 皮肤鳞癌 有氧糖酵解 皮肤肿瘤 分子生物学机制 动物模型 生物分子 重编程 EMT

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仿生力诱导水凝胶促进周围神经再生

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作者 兰东维 谢一洲 魏钊 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期250-250,共1页

目的严重的周围神经损伤(PNI)是重大公共健康问题,导致患者运动或感觉功能障碍,甚至死亡。临床采用自体移植治疗长距离PNI,但受限于患者继发性损伤和额外手术的风险。具有刺激功能的神经导管(NGC)可促进神经再生,但其组成复杂,操作困难... 目的严重的周围神经损伤(PNI)是重大公共健康问题,导致患者运动或感觉功能障碍,甚至死亡。临床采用自体移植治疗长距离PNI,但受限于患者继发性损伤和额外手术的风险。具有刺激功能的神经导管(NGC)可促进神经再生,但其组成复杂,操作困难,易产生副作用,阻碍其临床转化。传统负载雪旺细胞(SCs)的NGC无方向递送降低神经再生的效率。因此需要更合理的结构设计使NGC能够向远端递送SCs,且维持在远端,诱导轴突从近端向远端生长。方法开发一种基于丝素蛋白的水凝胶,受维管植物反重力运输水分行为的启发,构建力诱导(FI)NGC,引导轴突生长和定向递送SCs,用于修复长距离PNI。结果FI NGC具有梯度孔径的多通道结构,可产生足够的毛细力反重力定向运输水分和细胞,且保持在FI NGC顶端。负载SCs的FI NGC在8周内有效修复12 mm的坐骨神经缺损,新生轴突在神经远端生长并支配目标肌肉。与其他报道的导管,神经功能恢复和神经再生效果更优。结论FI NGC实现反重力定向运输水和细胞,并保持在顶端。负载SCs的FI NGC促进神经运动、感觉和电生理功能恢复,增强远端神经SCs生长、髓鞘和轴突再生及血管再生。本研究为NGC设计提供了新的结构视角,有希望成为治疗长距离PNI的替代方案。 展开更多

关键词 继发性损伤 促进神经 神经再生 周围神经损伤 雪旺细胞 血管再生 水凝胶 反重力

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受体簇聚集动力学通过调节免疫突触的形成调控T细胞的力学感知

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作者 赵国清 朱鸿源 +2 位作者 冯锦腾 赵灵珠 林敏 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期412-412,共1页

目的细胞毒性T淋巴细胞(CTL)识别癌细胞并与其形成免疫突触,随后分泌穿孔素和颗粒酶实现有效杀伤。较硬的癌细胞诱导CTL形成增强的免疫突触并导致更强的杀伤效果。本研究旨在探索CTL感知力学信号并调控免疫突触形成的力学生物学机制。... 目的细胞毒性T淋巴细胞(CTL)识别癌细胞并与其形成免疫突触,随后分泌穿孔素和颗粒酶实现有效杀伤。较硬的癌细胞诱导CTL形成增强的免疫突触并导致更强的杀伤效果。本研究旨在探索CTL感知力学信号并调控免疫突触形成的力学生物学机制。方法基于Monte Carlo方法,建立了T细胞分子受配体聚集与输运动力学模型,刻画了T细胞通过感知刚度调控免疫突触形成的动力学过程。模型可以分为2个模块:(1)考虑T细胞受-配体(TCR-p MHC)结合动力学的格点弹簧模型(LSM);(2)考虑肌动蛋白聚合驱动的分子团簇向心转运模型。结果(1)高刚度可放大尺寸效应导致的相分离,促进形成大尺寸的分子团簇,提升激活信号的驻留时间进而增强激活水平。(2)肌动蛋白流速从细胞边缘向核心逐渐衰减,而刚度可调控肌动蛋白对团簇的实际输运速度,最终导致了免疫突触形成的效率差异进而影响杀伤的总时间。(3)整合素、TCR分子团簇与肌动蛋白流的偶联程度存在差异,调控免疫突触的结构完整性及尺寸进而影响功能发挥。结论T细胞通过调控免疫突触的形成效率、尺寸及结构完整性实现力学感知进而调控对靶细胞的杀伤效果。 展开更多

关键词 免疫突触 力学生物学 颗粒酶 聚集动力学 穿孔素 肌动蛋白 杀伤效果 驻留时间

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基于胶原水凝胶构建骨骼肌力学微环境及其对肌生成的影响机制

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作者 师念园 马玉菲 徐峰 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期542-542,共1页

目的骨骼肌的再生和发育需要合适的力学微环境,微环境的改变可能会引发废用性肌萎缩等相关疾病。目前对骨骼肌力学微环境的研究不够深入,主要体现在未考虑在体组织的黏弹性和忽略了有序细胞外基质(ECM)结构对力信号的引导作用。因此,亟... 目的骨骼肌的再生和发育需要合适的力学微环境,微环境的改变可能会引发废用性肌萎缩等相关疾病。目前对骨骼肌力学微环境的研究不够深入,主要体现在未考虑在体组织的黏弹性和忽略了有序细胞外基质(ECM)结构对力信号的引导作用。因此,亟需构建与在体相似的骨骼肌力学微环境,并深入探究骨骼肌再生过程中的力生物学机制,为临床上治疗骨骼肌疾病提供新的可能。方法首先测试了在体骨骼肌组织的力学特性,并开发了三维磁驱动胶原水凝胶平台。通过调控胶原的力学和结构特性,构建了模拟在体骨骼肌力学特性的黏弹性微环境和黏弹性协同ECM结构的双因素力学微环境,并探究了其中的力学转导机制。结果骨骼肌具有应变增强应力松弛特性,且骨骼肌有序ECM有利于力信号定向传递。通过构建的平台成功促进了骨骼肌的体外再生,并发现上述力学因素通过细胞骨架的聚合和排列、力敏感蛋白MRTF和YAP的出入核、核力学转导调控骨骼肌再生。结论本研究建立了体外三维力学微环境平台,揭示了黏弹性协同ECM结构促进骨骼肌再生的机制,拓展了骨骼肌组织体外再生的理论基础,为其他软组织提供了通用的结构和力学微环境构建方案,在制备生物医学应用的功能性软组织方面具有巨大潜力。 展开更多

关键词 废用性肌萎缩 生物医学应用 骨骼肌组织 力学微环境 生物学机制 力学因素 胶原水凝胶 细胞骨架

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创面修复力医学

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作者 兰智星 王宇晨 +7 位作者 高之浩 都慧聪 林昱遥 舒茂国 李靖 卢天健 徐峰 刘灏 《医用生物力学》 北大核心 2025年第3期749-759,共11页

力在临床创面修复中的应用由来已久,但其内在原理仍未系统阐明。近年来,随着生物力学和力学生物学的不断发展,力学因素对创面产生、变化、愈合等一系列过程的内在影响机制逐渐得到揭示。在已有理论、技术研究与临床实践的基础上,提出“... 力在临床创面修复中的应用由来已久,但其内在原理仍未系统阐明。近年来,随着生物力学和力学生物学的不断发展,力学因素对创面产生、变化、愈合等一系列过程的内在影响机制逐渐得到揭示。在已有理论、技术研究与临床实践的基础上,提出“创面修复力医学”的概念,从创面生物力学、创面力学生物学、创面力治疗学3个方面系统梳理了相关研究报道,展望了其在未来的可能发展方向,以期为创面护理和瘢痕防治提供新思路。 展开更多

关键词 创面修复 创面生物力学 创面力学生物学 创面力治疗学

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隐形的曲率:形状如何塑造生命

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作者 余坤诺 徐钊 +2 位作者 卢梦楠 程波 徐峰 《应用数学和力学》 北大核心 2025年第7期809-820,共12页

曲率是描述物体弯曲程度的基本几何特性,在生物学和生物物理过程中起着至关重要的作用.该文探讨了曲率在自然系统中的广泛存在及其对植物、动物和微生物结构与行为的影响.在人体中,曲率表现于多个尺度,从微观的细胞结构到宏观的器官形态... 曲率是描述物体弯曲程度的基本几何特性,在生物学和生物物理过程中起着至关重要的作用.该文探讨了曲率在自然系统中的广泛存在及其对植物、动物和微生物结构与行为的影响.在人体中,曲率表现于多个尺度,从微观的细胞结构到宏观的器官形态,塑造了细胞功能、稳态以及整体生物力学效率.曲率对细胞行为有显著影响,尤其是在黏附、迁移和细胞间通信等过程中,为组织工程等领域提供了重要见解.在病理学上,曲率的改变与多种疾病相关,包括癌症和神经退行性疾病,影响疾病的进展并提供潜在的治疗靶点.此外,曲率在生物医学领域具有广泛应用,如生物成像、组织工程和靶向药物传递.深入理解曲率在生物系统中的作用,不仅可加深对生命过程的理解,也为医学创新和治疗策略的开发开辟了新的途径. 展开更多

关键词 曲率 细胞行为 病理 生物医学应用

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一种对抗骨骼肌萎缩的新型力学疗法及其机制 被引量：2

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作者 常乐 李昱辉 徐峰 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第A01期53-53,共1页

背景废用性肌肉萎缩是指由活动丧失,活动受限或太空飞行引起的骨骼肌功能、结构、生化标志物的一系列变化的一种骨骼肌疾病。主要临床症状是肌肉体积缩小,肌肉重量减轻,肌纤维的超微结构变得更薄甚至消失。传统的物理疗法如按摩等无法... 背景废用性肌肉萎缩是指由活动丧失,活动受限或太空飞行引起的骨骼肌功能、结构、生化标志物的一系列变化的一种骨骼肌疾病。主要临床症状是肌肉体积缩小,肌肉重量减轻,肌纤维的超微结构变得更薄甚至消失。传统的物理疗法如按摩等无法为患者提供精准的力学拉伸和应变,因此仍然迫切需要一种更为准确的治疗手段。随着生物力学的发展,人们对组织和细胞水平的力学行为越来越关注,而骨骼肌又是一种对力学刺激非常敏感的生物组织。目的通过制备一种生物相容性好的磁性水凝胶,将水凝胶注射在肌萎缩大鼠的腿部跟腱处,在体外施加恒定的磁场对水凝胶进行循环拉伸从而带动大鼠腿部肌肉运动,对抗大鼠在尾吊过程中发生的肌萎缩。方法将25只SD大鼠随机分为同步对照(CON)、尾吊(NT)、尾吊+水凝胶拉伸(GS)、尾吊+水凝胶不拉伸(GNS)、尾吊+按摩仪(MD)5组。将5组大鼠尾吊且干预14 d后,取大鼠比目鱼肌(SOL)称其湿重,计算其湿重体重比。采用组织酶化学染色及计算机图象分析技术对大鼠比目鱼肌Ⅰ、Ⅱ型肌纤维比例、横截面积(CSA)进行定量分析。结果与NT组对比,GS组比目鱼肌湿重体重比、横截面积明显增加,同时Ⅰ型纤维比例增加而Ⅱ型纤维比例减少。结论定量的力学拉伸能有效地对抗尾吊引起的大鼠骨骼肌萎缩。 展开更多

关键词 力学疗法 废用性肌萎缩 磁性水凝胶

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整合素-钙黏素协同介导细胞力学感知和记忆行为:基于黏附拮抗效应的转录因子重定位模型 被引量：1

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作者 朱鸿源 张诚 林敏 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2021年第S01期84-84,共1页

目的细胞主要通过整合素和钙黏素这两种膜受体分别感知细胞外基质以及邻近细胞的力学作用。细胞力学记忆即细胞为适应新环境而表现出对过往力学微环境刺激的依赖。探索整合素-钙黏素协同介导细胞力学感知和记忆行为的力学生物学机制。... 目的细胞主要通过整合素和钙黏素这两种膜受体分别感知细胞外基质以及邻近细胞的力学作用。细胞力学记忆即细胞为适应新环境而表现出对过往力学微环境刺激的依赖。探索整合素-钙黏素协同介导细胞力学感知和记忆行为的力学生物学机制。方法基于Motor-clutch随机动力学模型,提出了基于黏附拮抗效应的转录因子重定位模型,刻画了细胞力学感知和记忆过程。模型可以分为3个模块:(1)考虑了钙黏素拮抗整合素作用的黏附动力学模型。 展开更多

关键词 细胞力学 整合素 转录因子 细胞外基质 膜受体 力学生物学 随机动力学 记忆过程

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考虑细胞外基质黏弹性行为的细胞黏附力学模型 被引量：6

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作者 程波 徐峰 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2021年第10期1074-1080,共7页

细胞外基质由大量胶原蛋白和纤维蛋白组成,这些基质蛋白形成复杂的交联网络状结构,具有黏弹性力学特性.研究表明,黏弹性基质能显著影响细胞迁移、增殖和分化等生理行为,还能影响癌症转移和组织纤维化等疾病的发生与发展.然而,细胞感知... 细胞外基质由大量胶原蛋白和纤维蛋白组成,这些基质蛋白形成复杂的交联网络状结构,具有黏弹性力学特性.研究表明,黏弹性基质能显著影响细胞迁移、增殖和分化等生理行为,还能影响癌症转移和组织纤维化等疾病的发生与发展.然而,细胞感知细胞外基质黏弹性力学特性的分子机制仍不清楚.该文通过建立细胞黏附力学模型,从分子层次揭示细胞黏附在细胞响应外界黏弹性力学微环境中的作用.结果表明,细胞能通过调控细胞黏附动力学(包括黏附周期和黏附形成时间)响应细胞外基质的黏弹性力学特性.通过将模型计算结果与实验现象相比较,验证了模型的正确性.细胞黏附力学模型将为组织工程中细胞力学微环境的构建奠定理论基础. 展开更多

关键词 黏弹性 力信号传导 细胞黏附 力学微环境

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