مکانیک سلول و بافت
چگونگی تغییر شکل، جریان یافتن و بازیابی سلولها و بافتهای کامل تحت تأثیر نیرو، که به عنوان مواد ویسکوالاستیک نرم در نظر گرفته میشوند و سختی آنها منعکسکننده ساختار داخلیشان است.
Definition
مکانیک سلول و بافت توصیف چگونگی پاسخ سلولها و بافتها به نیروها و تغییر شکلهای اعمال شده است که با مدولهای کشسانی و رفتار آرامش ویسکوالاستیک مشخص میشود.
Scope
این موضوع به توصیف مکانیکی سلولها و بافتها میپردازد: مفاهیم تنش، کرنش، کشسانی و ویسکوالاستیسیته که در مورد مواد بیولوژیکی نرم به کار میروند، نقش اسکلت سلولی و ماتریکس خارج سلولی در تعیین سختی، و تکنیکهای مورد استفاده برای اندازهگیری پاسخ مکانیکی. مکانیک اسکلت سلولی در مقیاس مولکولی و حسگری نیرو در موضوعات مرتبط دیگر بررسی میشوند؛ در اینجا تمرکز بر رفتار مادهای سلولها و بافتها به عنوان یک کل است.
Core questions
- تنش، کرنش و مدول کشسانی برای مواد بیولوژیکی نرم چگونه تعریف میشوند؟
- چرا سلولها و بافتها به جای کاملاً کشسان بودن، ویسکوالاستیک هستند؟
- چه ساختارهای داخلی سختی یک سلول یا بافت را تعیین میکنند؟
- پاسخ مکانیکی سلولها و بافتها چگونه اندازهگیری میشود؟
Key theories
- پاسخ ویسکوالاستیک بافت نرم
- سلولها و بافتها ذخیره کشسان و اتلاف ویسکوز را ترکیب میکنند، بنابراین پاسخ آنها به تغییر شکل به نرخ و زمان بستگی دارد و پدیدههایی مانند آرامش تنش و خزش را ایجاد میکند که یک مدول کشسانی واحد نمیتواند آنها را پوشش دهد.
- سختی تعیینشده توسط ساختار
- سختی اندازهگیری شده یک سلول یا بافت منعکسکننده معماری داخلی آن—شبکههای اسکلت سلولی، کشش غشاء، و ماتریکس خارج سلولی—است تا یک ثابت ذاتی ماده، بنابراین مکانیک اطلاعاتی درباره ساختار ارائه میدهد.
Mechanisms
مواد بیولوژیکی نرم تحت تنش با هر دو جزء کشسان فوری و جزء ویسکوز وابسته به زمان تغییر شکل میدهند، زیرا عناصر تحملکننده بار آنها شبکههای پلیمری و مایعات هستند نه جامدات صلب. در سلولها، اسکلت سلولی و غشاء پاسخ را تعیین میکنند؛ در بافتها، ماتریکس خارج سلولی و چسبندگیهای سلول به سلول ساختار بیشتری را اضافه میکنند. پروبهایی مانند میکروسکوپ نیروی اتمی، آسپیراسیون میکروپیپت، و رئومتری تغییر شکل کنترلشده را اعمال کرده و نیروی حاصل یا آرامش را ثبت میکنند که منجر به مدولهایی میشود که با نرخ و تاریخچه بارگذاری تغییر میکنند.
Clinical relevance
سختی بافت با فیبروز، پیری و پیشرفت تومور تغییر میکند، و فنوتیپ مکانیکی سلول به عنوان نشانگری از وضعیت مورد مطالعه قرار میگیرد، بنابراین مکانیک در اینجا زمینه آموزشی برای مکانوبیولوژی و آسیبشناسی است تا توصیه تشخیصی یا درمانی.
History
بیومکانیک پیوسته بافتها، که توسط فانگ در نیمه دوم قرن بیستم سیستماتیک شد، به سمت سلولهای منفرد گسترش یافت، زیرا میکرو-مانیپولاسیون و میکروسکوپ نیروی اتمی امکان اندازهگیری مستقیم کشسانی و آرامش ویسکوالاستیک سلولی را فراهم کردند.
Key figures
- Y. C. Fung
- Donald Ingber
- Dennis Discher
Related topics
Seminal works
- fung1993
- boal2012
Frequently asked questions
- ویسکوالاستیک بودن یک بافت به چه معناست؟
- این بدان معناست که بافت تا حدی مانند یک جامد کشسان که به عقب برمیگردد و تا حدی مانند یک سیال ویسکوز که جریان مییابد، به نیرو پاسخ میدهد، بنابراین رفتار آن به سرعت و مدت زمان اعمال نیرو بستگی دارد.
- آیا سختی سلول از نظر بیولوژیکی معنایی دارد؟
- بله؛ سختی یک سلول منعکسکننده سازمانیافتگی و وضعیت اسکلت سلولی آن است، و تغییرات در سختی همراه با فرآیندهایی مانند تمایز، مهاجرت و بیماری رخ میدهد، که آن را به یک خروجی فیزیکی آموزنده تبدیل میکند.