Hücre ve Doku Mekaniği
Tüm hücrelerin ve dokuların kuvvet altında nasıl şekil değiştirdiğini, aktığını ve eski haline döndüğünü, iç yapılarını yansıtan sertliklere sahip yumuşak viskoelastik malzemeler olarak ele alan bir alandır.
Tanım
Hücre ve doku mekaniği, hücrelerin ve dokuların uygulanan kuvvetlere ve deformasyonlara nasıl tepki verdiğinin, elastik modüller ve viskoelastik gevşeme davranışı ile karakterize edilen bir tanımıdır.
Kapsam
Bu konu, hücrelerin ve dokuların mekanik karakterizasyonunu kapsamaktadır: yumuşak biyolojik maddelere uygulanan gerilim, gerinim, esneklik ve viskoelastisite kavramları, sertliğin belirlenmesinde sitoiskelet ve hücre dışı matrisin rolü ve mekanik tepkinin ölçülmesinde kullanılan teknikler incelenmektedir. Moleküler ölçekteki sitoiskelet mekaniği ve kuvvet algılama komşu konularda ele alınmaktadır; burada odak noktası, hücrelerin ve dokuların bir bütün olarak malzeme davranışıdır.
Temel sorular
- Yumuşak biyolojik malzemeler için gerilim, gerinim ve elastik modül nasıl tanımlanmaktadır?
- Hücreler ve dokular neden saf elastik olmak yerine viskoelastiktir?
- Bir hücre veya dokunun sertliğini hangi iç yapılar belirlemektedir?
- Hücrelerin ve dokuların mekanik tepkisi nasıl ölçülmektedir?
Temel kuramlar
- Yumuşak Dokunun Viskoelastik Tepkisi
- Hücreler ve dokular elastik depolamayı ve viskoz dağılımı birleştirdiğinden, deformasyona verdikleri tepki hıza ve zamana bağlıdır; bu da tek bir elastik modülün yakalayamayacağı gerilim gevşemesi ve sürünme gibi fenomenlere yol açmaktadır.
- Yapı Tarafından Belirlenen Sertlik
- Bir hücre veya dokunun ölçülen sertliği, içsel bir malzeme sabiti olmaktan ziyade, sitoiskelet ağları, membran gerilimi ve hücre dışı matris gibi iç mimarisini yansıtmaktadır; bu nedenle mekanik, yapı hakkında bilgi vermektedir.
Mekanizmalar
Yumuşak biyolojik malzemeler, yük taşıyıcı unsurları katı cisimler yerine polimer ağları ve sıvılar olduğundan, gerilim altında hem anlık bir elastik bileşen hem de zamana bağlı bir viskoz bileşenle şekil değiştirmektedir. Hücrelerde, sitoiskelet ve membran tepkiyi belirlerken; dokularda, hücre dışı matris ve hücreler arası adezyonlar ek yapı sağlamaktadır. Atomik kuvvet mikroskopisi, mikropipet aspirasyonu ve reometri gibi problar, kontrollü deformasyon uygulayarak ortaya çıkan kuvveti veya gevşemeyi kaydetmekte ve yükleme hızı ile geçmişine göre değişen modüller elde edilmesini sağlamaktadır.
Klinik önem
Doku sertliği fibrozis, yaşlanma ve tümör ilerlemesi ile değişmekte, hücre mekanik fenotipi ise bir durum belirteci olarak incelenmektedir; bu nedenle buradaki mekanik bilgiler, tanı veya tedavi tavsiyesi olmaktan ziyade, mekanobiyoloji ve patoloji için eğitsel bir bağlam sunmaktadır.
Tarihçe
Dokuların sürekli ortam biyomekaniği, yirminci yüzyılın ikinci yarısında Fung tarafından sistematize edilmiş olup, mikromanipülasyon ve atomik kuvvet mikroskopisinin hücresel esnekliği ve viskoelastik gevşemeyi doğrudan ölçmeyi mümkün kılmasıyla tek hücrelere kadar genişletilmiştir.
Öne çıkan isimler
- Y. C. Fung
- Donald Ingber
- Dennis Discher
İlgili konular
Temel eserler
- fung1993
- boal2012
Sıkça sorulan sorular
- Bir dokunun viskoelastik olması ne anlama gelmektedir?
- Kuvvete kısmen geri sıçrayan elastik bir katı gibi, kısmen de akan viskoz bir sıvı gibi tepki vermektedir; bu nedenle davranışı, kuvvetin ne kadar hızlı ve ne kadar süreyle uygulandığına bağlıdır.
- Hücre sertliğinin biyolojik bir anlamı var mıdır?
- Evet; bir hücrenin sertliği, sitoiskelet organizasyonunu ve durumunu yansıtmaktadır ve sertlikteki değişiklikler farklılaşma, göç ve hastalık gibi süreçlere eşlik ederek onu bilgilendirici bir fiziksel okuma haline getirmektedir.