N-钙黏素的力学黏附重编程激活的胰腺星状细胞的力学生物学机制研究

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作者 张欢 朱鸿源 林敏 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期404-404,共1页

目的癌症转移是癌症治疗困难并且死亡率高的主要原因之一。肿瘤微环境中的癌相关成纤维细胞在促进肿瘤转移中发挥关键作用,它主要来源于基质中正常的成纤维细胞。例如,胰腺星状细胞在硬基质中可以被激活为癌相关成纤维细胞样表型。通常... 目的癌症转移是癌症治疗困难并且死亡率高的主要原因之一。肿瘤微环境中的癌相关成纤维细胞在促进肿瘤转移中发挥关键作用,它主要来源于基质中正常的成纤维细胞。例如,胰腺星状细胞在硬基质中可以被激活为癌相关成纤维细胞样表型。通常,只有激活的成纤维细胞——癌相关成纤维细胞可以通过各种途径促进癌症的进展,而正常成纤维细胞则不发挥促癌功能。因此,本研究试图通过力学调控将激活的癌相关成纤维细胞逆转为正常成纤维细胞,从而实现对肿瘤进展的抑制作用,即癌相关成纤维细胞的重编程。方法为实现这一目标,构建了可以模拟细胞力学微环境的聚乙二醇水凝胶培养平台,通过调控基质刚度和黏附配体诱导细胞重编程。结果N-钙黏蛋白/HAVDI之间的力学黏附作用可以将激活的胰腺星状细胞重编程为其原来的静止状态,并且重编程的效率依赖于初始的力学加载时间(硬基底上的培养时间)。结论本研究揭示了细胞间力敏感受体在诱导激活的胰腺星状细胞重编程中的关键作用,为设计新的癌症治疗策略提供了潜在的途径。 展开更多

关键词 胰腺星状细胞 癌相关成纤维细胞 力学生物学 癌症治疗 肿瘤微环境 肿瘤进展 重编程 钙黏蛋白

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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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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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力敏感受体介导细胞功能调控的力学生物学研究 被引量：12

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作者 张欢 赵国清 +1 位作者 冯锦腾 林敏 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2023年第1期48-153,共106页

细胞膜是细胞与外部环境进行物质与能量交换的界面,是调节细胞正常生命活动的重要结构基础.细胞膜上力敏感受体可通过力学作用方式参与并影响细胞的力信号转导等功能.整合素和钙黏素是细胞膜上典型的力敏感受体,可介导细胞与细胞周围基... 细胞膜是细胞与外部环境进行物质与能量交换的界面,是调节细胞正常生命活动的重要结构基础.细胞膜上力敏感受体可通过力学作用方式参与并影响细胞的力信号转导等功能.整合素和钙黏素是细胞膜上典型的力敏感受体,可介导细胞与细胞周围基质或邻近细胞发生力学作用,并将力学刺激信号转导为生化信号,进而激活细胞内一系列应答反应,最终影响细胞生长、分化、增殖、凋亡和迁移等功能.力敏感受体介导细胞功能调控研究已成为探索细胞主动响应外界复杂力学微环境的力学生物学机制的关键,为进一步深入认识生理和病理状态下细胞功能变化规律,为揭示疾病的发生、发展机制提供重要的力学生物学理论与实验依据.本文总结了力敏感受体介导细胞功能调控的国内外研究进展;介绍了黏附界面处典型力敏感受体的结构和功能;总结了这些力敏感受体参与的细胞力信号感知与响应的数理模型;概述了细胞通过力敏感受体进行力学信号转导的过程;介绍了黏附介导细胞功能调控的力学生物学过程和机制;简述了体外构建模拟细胞力学微环境中细胞-细胞外基质和细胞-细胞力学相互作用的技术;指出了力敏感受体介导细胞功能调控的力学生物学研究发展趋势和未来方向. 展开更多

关键词 黏附界面 细胞力学响应 力学生物学 力信号转导 力学模型

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细胞外基质硬度和炎症微环境的协同作用对间充质干细胞成骨分化影响的力学生物学机制 被引量：1

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作者 万婉婷 程波 林敏 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第A01期52-52,共1页

背景间充质干细胞(MSCs)所处微环境非常复杂,现有研究多是考虑单一力学或生化因素影响,对于力学、生化因子的协同作用对MSCs分化行为的影响还缺乏系统认识。目的研究细胞外基质硬度与炎症因子(IL-1β)的协同作用对MSCs成骨分化的影响及... 背景间充质干细胞(MSCs)所处微环境非常复杂,现有研究多是考虑单一力学或生化因素影响,对于力学、生化因子的协同作用对MSCs分化行为的影响还缺乏系统认识。目的研究细胞外基质硬度与炎症因子(IL-1β)的协同作用对MSCs成骨分化的影响及其可能的力学生物学机制。方法利用不同浓度的GelMA构建不同硬度(26、60、88 kPa)的细胞培养基底,以模拟不同的细胞外基质硬度。利用IL-1β(1μg/mL)构建细胞炎症微环境。在两者刺激作用下,从基因和蛋白层面分别用RT-PCR和免疫荧光检测成骨指标(Runx2、OCN)的变化。Western blotting检测MAPK信号通路中关键蛋白ERK和p38磷酸化水平变化,并建立基底硬度与IL-1β协同作用下MSCs分化行为的力-化学耦合数理模型,对通路进行验证。结果 MSCs成骨分化能力随着基质硬度的升高而增强。在此基础上,IL-1β的刺激,显著降低了MSCs成骨分化能力。在刺激前期ERK磷酸化水平随着基质硬度的升高而增加,p38基本保持低磷酸化水平。在IL-1β刺激下,ERK和p38磷酸化水平均有显著性提高,且刺激前期ERK磷酸化水平与基质硬度呈正相关,后期则无显著性差异,而p38始终与基质硬度无显著关系。模型结论与实验结果一致。结论基质硬度可能通过ERK对MSCs的成骨分化有正向调节作用。IL-1β可能一方面通过p38抑制了MSCs的成骨分化,另一方面同时激活了ERK的正向调节,起到双向调节作用。模型结论可以为细胞力-化耦合微环境调控细胞行为机制研究提供理论依据。 展开更多

关键词 间充质干细胞 基质硬度 白细胞介素1Β 成骨分化 信号通路

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卷积神经网络在生物医学图像上的应用进展 被引量：28

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作者 杨培伟 周余红 +2 位作者 邢岗 田智强 许夏瑜 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2021年第7期44-58,共15页

生物医学成像领域的迅速发展引起相关图像信息的爆炸式增长,对其图像进行人工智能辅助分析日益成为科学研究、临床应用、即时诊断等领域的迫切需求。近年来深度学习,尤其是卷积神经网络在生物医学图像分析领域取得广泛应用,在生物医学... 生物医学成像领域的迅速发展引起相关图像信息的爆炸式增长,对其图像进行人工智能辅助分析日益成为科学研究、临床应用、即时诊断等领域的迫切需求。近年来深度学习,尤其是卷积神经网络在生物医学图像分析领域取得广泛应用,在生物医学图像的信息提取,包括细胞分类、检测,生理及病理图像的分割、检测等领域发挥日益重要的作用。介绍了深度学习及卷积神经网络相关技术的发展;重点针对近几年卷积神经网络在细胞生物学图像、医学图像领域的应用进展进行了梳理;对卷积神经网络在生物医学图像分析领域研究目前存在的问题及可能的发展方向进行了展望。 展开更多

关键词 生物医学 深度学习 卷积神经网络 图像处理

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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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细胞力学2023年度研究进展 被引量：1

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作者 朱鸿源 王琎 +1 位作者 苗润 林敏 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期787-795,共9页

细胞力学研究在近年来迅速发展,揭示了细胞如何通过感知和响应外界力学环境来调节其功能和行为。2023年,细胞力学领域在理解细胞自身的力学特性、对固体和流体环境的力学感知、在动态力学条件下的适应性方面取得了显著突破。同时,先进... 细胞力学研究在近年来迅速发展,揭示了细胞如何通过感知和响应外界力学环境来调节其功能和行为。2023年,细胞力学领域在理解细胞自身的力学特性、对固体和流体环境的力学感知、在动态力学条件下的适应性方面取得了显著突破。同时,先进的测量技术和力学模型为研究提供了新的工具。这些成果加深了对生理和病理过程的认识,并为疾病的诊断、预防和干预手段提供新的思路。本文综述了2023年度华人学者在细胞力学领域的研究进展,探讨其在不同生物过程中所展现的力学机制。 展开更多

关键词 力学生物学 细胞力学性能 力信号转导 力学模型

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基质刚度和生长因子协同驱动上皮⁃间质转化的力⁃化耦合机制

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作者 朱鸿源 王与帅 林敏 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2024年第6期719-734,共16页

上皮-间质转化(epithelial to mesenchymal transition,EMT)是胚胎发育、伤口愈合、癌症发展等生理、病理过程中的关键步骤,使细胞从紧密黏附在一起的上皮状态转变为分散排布的间质状态.该文提出了一个基质刚度和生长因子协同驱动EMT的... 上皮-间质转化(epithelial to mesenchymal transition,EMT)是胚胎发育、伤口愈合、癌症发展等生理、病理过程中的关键步骤,使细胞从紧密黏附在一起的上皮状态转变为分散排布的间质状态.该文提出了一个基质刚度和生长因子协同驱动EMT的核心调控回路模型,发现在EMT过程中,基质刚度和生长因子通过协同调控EMT激活转录因子(EMT-activating transcript factors,EMT-TFs)来改变细胞间力学黏附分子E/N-钙黏素的表达,从而影响EMT的进程与可逆性.该模型揭示了力学和化学因素的协同作用对EMT过程中细胞间力学黏附的影响机制,为研究癌症等疾病的发生、发展机制和防治策略奠定了理论基础. 展开更多

关键词 力学模型 力-化耦合 上皮-间质转化 细胞间力学黏附

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癌症液体活检新思路：数字PCR检测DNA甲基化 被引量：11

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作者 曹雷 郭利娟 +2 位作者 郭晓锦 巩燕 李菲 《生物化学与生物物理进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2019年第11期1085-1100,共16页

癌症的早期诊断可提高患者生存率.微创采集人体体液的液体活检方法可避免传统肿瘤组织活检方法侵入性和异质性的问题,逐渐成为癌症诊断的新方式.另外,DNA甲基化作为预测癌症发生发展的标志物,引起了越来越多研究者的关注.但传统DNA甲基... 癌症的早期诊断可提高患者生存率.微创采集人体体液的液体活检方法可避免传统肿瘤组织活检方法侵入性和异质性的问题,逐渐成为癌症诊断的新方式.另外,DNA甲基化作为预测癌症发生发展的标志物,引起了越来越多研究者的关注.但传统DNA甲基化的检测方法灵敏度不高,且容易出现假阳性.近年来,数字PCR技术因其超高的检测灵敏度和精确度、无需标准曲线即可进行核酸绝对定量检测的优势,被用于DNA甲基化的定量检测中.本文首先介绍了DNA甲基化与癌症发生发展的关系,总结了传统DNA甲基化检测方法及其在癌症临床诊断中的应用,阐述了基于不同核酸样本分散方法的数字PCR技术及其在微量DNA甲基化检测中的优势,总结了采用数字PCR技术检测癌症患者体液中DNA甲基化的具体步骤,列举了数字PCR技术在癌症DNA甲基化检测中的研究成果及应用进展,最后提出了数字PCR技术检测癌症DNA甲基化未来可能面临的挑战,并对数字PCR技术在癌症液体活检方面的应用前景进行了展望. 展开更多

关键词 DNA甲基化 数字PCR 液体活检 癌症早期诊断

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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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梯度基质刚度依赖的神经生长锥趋向性移动 被引量：1

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作者 程波 万婉婷 +4 位作者 GuyMGenin MohammadRKMofrad 卢天健 徐峰 林敏 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第A01期167-168,共2页

梯度基质刚度在神经的生长、发育和再生过程中起到重要的作用,是神经细胞轴突趋向性生长的主要驱动力。但是目前神经细胞是如何感知梯度刚度基质的机制尚不明确,同时神经细胞轴突及其末端生长锥在这一力敏感过程中的作用仍不明确。神经... 梯度基质刚度在神经的生长、发育和再生过程中起到重要的作用,是神经细胞轴突趋向性生长的主要驱动力。但是目前神经细胞是如何感知梯度刚度基质的机制尚不明确,同时神经细胞轴突及其末端生长锥在这一力敏感过程中的作用仍不明确。神经细胞与成体细胞的力敏感行为明显不同。例如,神经细胞轴突倾向于朝向软基质移动,而大多数成体细胞则倾向于朝向硬基质迁移。目前仍无法利用现有实验手段揭示以上不同种类细胞呈现异质性的原因。因此,本研究建立了神经生长锥梯度刚度感知力学生物学模型,希望通过理论模型揭示以上问题。力学生物学模型主要包括:神经生长锥丝状伪足黏附动力学模型和轴突粘弹性-主动收缩模型,整合的力学生物学模型包含了轴突、生长锥和基质相互作用。模型结果表明,基质刚度梯度值及基质刚度梯度的初始值能对生长锥运动的产生不同的影响,进而揭示了神经细胞轴突倾向于朝向软基质移动的机理。同时,不同类型的神经元具有不同的力敏感行为,比如在相同的梯度刚度基质上,背根神经节细胞与海马神经元相比呈现更强的收缩力。模型预测结果与现有实验观察结果一致。该数学模型提供了神经细胞感知基质刚度梯度的机制,能进一步为神经损伤的生长修复治疗提供理论基础。 展开更多

关键词 细胞力敏感 力学生物学 梯度刚度 神经生长锥

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