세포 및 조직 역학

세포와 조직 전체가 힘을 받을 때 어떻게 변형되고, 흐르며, 회복되는지를 내부 구조를 반영하는 강성을 가진 부드러운 점탄성 물질로 다룹니다.

Definition

세포 및 조직 역학은 탄성 계수와 점탄성 완화 거동으로 특징지어지는, 세포와 조직이 가해진 힘과 변형에 어떻게 반응하는지에 대한 설명입니다.

Scope

이 주제는 세포와 조직의 기계적 특성 분석을 다룹니다: 부드러운 생체 물질에 적용되는 응력, 변형률, 탄성 및 점탄성의 개념, 강성을 결정하는 세포골격과 세포외 기질의 역할, 그리고 기계적 반응을 측정하는 데 사용되는 기술을 포함합니다. 분자 규모의 세포골격 역학과 힘 감지는 인접 주제에서 다루며, 여기서는 세포와 조직 전체의 물질 거동에 초점을 맞춥니다.

Core questions

• 부드러운 생체 물질에 대한 응력, 변형률, 탄성 계수는 어떻게 정의됩니까?
• 세포와 조직은 왜 순수한 탄성체가 아닌 점탄성체입니까?
• 세포나 조직의 강성을 결정하는 내부 구조는 무엇입니까?
• 세포와 조직의 기계적 반응은 어떻게 측정됩니까?

Key theories

연조직의 점탄성 반응

세포와 조직은 탄성 저장과 점성 소산을 결합하므로, 변형에 대한 반응은 속도와 시간에 따라 달라지며, 단일 탄성 계수로는 포착할 수 없는 응력 완화 및 크리프(creep)와 같은 현상을 나타냅s니다.

구조에 의해 결정되는 강성

측정된 세포 또는 조직의 강성은 본질적인 물질 상수가 아니라 세포골격 네트워크, 막 장력 및 세포외 기질과 같은 내부 구조를 반영하므로, 역학은 구조에 대한 정보를 제공합니다.

Mechanisms

부드러운 생체 물질은 단단한 고체가 아닌 고분자 네트워크와 유체로 이루어진 하중 지지 요소를 가지고 있기 때문에, 응력 하에서 즉각적인 탄성 성분과 시간 의존적인 점성 성분 모두를 가지고 변형됩니다. 세포에서는 세포골격과 막이 반응을 결정하며, 조직에서는 세포외 기질과 세포-세포 접착이 추가적인 구조를 더합니다. 원자 현미경, 미세피펫 흡입, 레오메트리(rheometry)와 같은 탐침은 제어된 변형을 가하고 결과적인 힘 또는 완화를 기록하여, 하중의 속도와 이력에 따라 달라지는 계수를 산출합니다.

Clinical relevance

조직 강성은 섬유증, 노화 및 종양 진행에 따라 변화하며, 세포 기계적 표현형은 상태의 지표로 연구되므로, 여기의 역학은 진단 또는 치료 조언이라기보다는 기계생물학 및 병리학을 위한 교육적 맥락입니다.

History

20세기 후반 Fung에 의해 체계화된 조직의 연속체 생체역학은 미세조작과 원자 현미경이 세포 탄성 및 점탄성 완화를 직접 측정할 수 있게 되면서 단일 세포로까지 확장되었습니다.

Key figures

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

Seminal works

• fung1993
• boal2012

Frequently asked questions

조직이 점탄성이라는 것은 무엇을 의미합니까?

조직은 부분적으로는 다시 튀어 오르는 탄성 고체처럼, 부분적으로는 흐르는 점성 유체처럼 힘에 반응하므로, 그 거동은 힘이 얼마나 빠르고 얼마나 오래 가해지는지에 따라 달라집니다.

세포 강성이 생물학적으로 의미가 있습니까?

네, 세포의 강성은 세포골격 조직과 상태를 반영하며, 강성 변화는 분화, 이동 및 질병과 같은 과정과 동반되므로 유익한 물리적 지표가 됩니다.