Mekanika Sel dan Jaringan

Bagaimana sel dan jaringan utuh mengalami deformasi, mengalir, dan pulih di bawah gaya, diperlakukan sebagai material viskoelastik lunak yang kekakuannya mencerminkan struktur internalnya.

Definition

Mekanika sel dan jaringan adalah deskripsi tentang bagaimana sel dan jaringan merespons gaya dan deformasi yang diterapkan, yang dicirikan oleh modulus elastis dan perilaku relaksasi viskoelastik.

Scope

Topik ini mencakup karakterisasi mekanis sel dan jaringan: konsep tegangan, regangan, elastisitas, dan viskoelastisitas yang diterapkan pada materi biologis lunak, peran sitoskeleton dan matriks ekstraseluler dalam menentukan kekakuan, serta teknik yang digunakan untuk mengukur respons mekanis. Mekanika sitoskeletal skala molekuler dan penginderaan gaya dibahas dalam topik-topik terkait; di sini fokusnya adalah perilaku material sel dan jaringan secara keseluruhan.

Core questions

• Bagaimana tegangan, regangan, dan modulus elastis didefinisikan untuk material biologis lunak?
• Mengapa sel dan jaringan bersifat viskoelastik daripada murni elastis?
• Struktur internal apa yang menentukan kekakuan sel atau jaringan?
• Bagaimana respons mekanis sel dan jaringan diukur?

Key theories

Respons viskoelastik jaringan lunak

Sel dan jaringan menggabungkan penyimpanan elastis dan disipasi kental, sehingga responsnya terhadap deformasi bergantung pada laju dan waktu, menghasilkan fenomena seperti relaksasi tegangan dan mulur yang tidak dapat ditangkap oleh modulus elastis tunggal.

Kekakuan yang ditentukan struktur

Kekakuan terukur suatu sel atau jaringan mencerminkan arsitektur internalnya—jaringan sitoskeletal, tegangan membran, dan matriks ekstraseluler—bukan konstanta material intrinsik, sehingga mekanika melaporkan struktur.

Mechanisms

Material biologis lunak mengalami deformasi di bawah tekanan dengan komponen elastis langsung dan komponen kental yang bergantung pada waktu, karena elemen penahan bebannya adalah jaringan polimer dan cairan, bukan padatan kaku. Pada sel, sitoskeleton dan membran menentukan respons; pada jaringan, matriks ekstraseluler dan adhesi sel-sel menambahkan struktur lebih lanjut. Probe seperti mikroskopi gaya atom, aspirasi mikropipet, dan reometri menerapkan deformasi terkontrol dan merekam gaya atau relaksasi yang dihasilkan, menghasilkan modulus yang bervariasi dengan laju dan riwayat pembebanan.

Clinical relevance

Kekakuan jaringan berubah seiring dengan fibrosis, penuaan, dan perkembangan tumor, dan fenotipe mekanis sel dipelajari sebagai penanda keadaan, sehingga mekanika di sini adalah konteks edukasi untuk mekanobiologi dan patologi daripada saran diagnostik atau pengobatan.

History

Biomekanika kontinum jaringan, yang disistematisasi oleh Fung pada paruh kedua abad kedua puluh, diperluas ke sel tunggal karena mikromanipulasi dan mikroskopi gaya atom memungkinkan pengukuran elastisitas seluler dan relaksasi viskoelastik secara langsung.

Key figures

• Y. C. Fung
• Donald Ingber
• Dennis Discher

Seminal works

• fung1993
• boal2012

Frequently asked questions

Apa artinya jaringan bersifat viskoelastik?

Jaringan merespons gaya sebagian seperti padatan elastis yang memantul kembali dan sebagian seperti cairan kental yang mengalir, sehingga perilakunya bergantung pada seberapa cepat dan seberapa lama gaya diterapkan.

Apakah kekakuan sel memiliki makna biologis?

Ya; kekakuan sel mencerminkan organisasi dan keadaannya, dan perubahan kekakuan menyertai proses seperti diferensiasi, migrasi, dan penyakit, menjadikannya pembacaan fisik yang informatif.