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航院馮西橋等在細(xì)胞力學(xué)研究中取得重要進(jìn)展

2017-08-08 09:42來源：清華新聞網(wǎng)

　　8月1日，清華大學(xué)航天航空學(xué)院馮西橋課題組在《美國科學(xué)院院報》（PNAS）發(fā)表題為《多細(xì)胞單層中振蕩形貌動力學(xué)的激活與同步化》（Activation and synchronization of the oscillatory morphodynamics in multicellular monolayer）的研究論文，揭示群體細(xì)胞協(xié)同振蕩的力學(xué)–生物學(xué)耦合作用機(jī)制，該成果對于胚胎發(fā)育力學(xué)的研究有重要價值。本文威正翔禹/締一生物為您分析航院馮西橋等在細(xì)胞力學(xué)研究中取得重要進(jìn)展。

VS500N進(jìn)口特級新生牛血清.png

　　果蠅胚胎發(fā)育過程中羊漿膜群體細(xì)胞振蕩力學(xué)機(jī)制（左上）果蠅胚胎背部閉合過程示意圖；（右上）果蠅胚胎背部閉合過程細(xì)胞面積與肌球蛋白活性演化的數(shù)值模擬；（左下）邊界剛度對群體細(xì)胞振蕩模式的調(diào)控；（右下）細(xì)胞彈性和主動收縮對群體細(xì)胞動力學(xué)行為的調(diào)控。


　　力學(xué)因素在生物體發(fā)育過程中扮演著重要角色，但前人研究多集中在力學(xué)因素對宏觀組織與器官形態(tài)的影響。隨著細(xì)胞生物學(xué)的快速發(fā)展，力學(xué)因素在細(xì)胞尺度上的調(diào)控作用受到越來越多的關(guān)注。在生物系統(tǒng)中，群體細(xì)胞振蕩現(xiàn)象廣泛存在于脊椎動物分節(jié)、中胚層內(nèi)陷、胚帶延伸等胚胎發(fā)育的關(guān)鍵過程中，對于協(xié)調(diào)、聯(lián)系生命體在細(xì)胞和組織兩個尺度上的發(fā)育具有重要意義。盡管已有實(shí)驗證據(jù)表明細(xì)胞振蕩對于胚胎發(fā)育不可或缺，然而，群體細(xì)胞是如何實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)的集體振蕩的？力學(xué)與生物學(xué)因素在其中各自扮演什么樣的角色？這些問題至今尚不清楚。


　　本研究以果蠅胚胎發(fā)育背部閉合過程中羊漿膜細(xì)胞形態(tài)振蕩為例，建立了刻畫群體細(xì)胞振蕩的力學(xué)–化學(xué)耦合理論，發(fā)現(xiàn)力學(xué)信號與生化反應(yīng)通路構(gòu)成一套時滯負(fù)反饋機(jī)制，并在細(xì)胞單層內(nèi)產(chǎn)生霍普動力學(xué)分岔（Hopf bifurcation, 縮寫為HB），從而實(shí)現(xiàn)持續(xù)的群體細(xì)胞周期振蕩。結(jié)果表明，細(xì)胞之間的拉伸應(yīng)力可視作該振蕩的門控機(jī)制，并激活生化反應(yīng)作為維持振蕩的能量輸入。羊漿膜的力學(xué)邊界條件不僅有助于保持該組織在發(fā)育過程中的幾何完整性，而且對羊漿膜內(nèi)多細(xì)胞振蕩的極化和同步化起關(guān)鍵作用。該研究揭示了力學(xué)因素在細(xì)胞群體行為中處于重要地位，解釋了果蠅發(fā)育中羊漿膜單層振蕩的力學(xué)–化學(xué)耦合機(jī)制，所得結(jié)果同時有助于理解傷口愈合、腫瘤轉(zhuǎn)移等過程中的群體細(xì)胞遷移現(xiàn)象。


　　清華大學(xué)航天航空學(xué)院生物力學(xué)與醫(yī)學(xué)工程研究所2013級博士生林紹珍和李博副教授是該論文的共同**作者，馮西橋教授、李博副教授和美國喬治·華盛頓大學(xué)助理教授藍(lán)贛輝為論文共同通訊作者。


　　馮西橋教授是教育部長江學(xué)者特聘教授，現(xiàn)任清華大學(xué)工程力學(xué)系主任、生物力學(xué)與醫(yī)學(xué)工程研究所所長，兼任北京國際力學(xué)中心秘書長（2007年~至今）、國際斷裂委員會執(zhí)委等職。主要從事生物材料力學(xué)與仿生、細(xì)胞力學(xué)、細(xì)觀損傷與斷裂力學(xué)等方面的研究。曾獲國家杰出青年基金（2005年）、中國青年科技獎（2007年）、全國優(yōu)秀博士學(xué)位論文獎（1999年）和全國優(yōu)秀博士學(xué)位論文指導(dǎo)教師獎（2013年）等獎勵。李博副教授是中組部青年“千人計劃”入選者（2015年），并曾獲全國優(yōu)秀博士學(xué)位論文獎（2013年）。


         綜上所述，您是不是已經(jīng)對航院馮西橋等在細(xì)胞力學(xué)研究中取得重要進(jìn)展，有所了解。如果還有其他疑問，請咨詢威正翔禹/締一生物資深專家免費(fèi)熱線：400-166-8600。