细胞：基质力学基础与应用

目录
第1章 细胞生物力学基础 1
1.1 细胞生物力学特性 1
1.1.1 细胞对力学微环境的感知与响应 1
1.1.2 细胞的力学感知元件 2
1.1.3 细胞的力学转导元件 3
1.2 力学对细胞结构和功能的影响 5
1.2.1 力学对细胞膜的影响 5
1.2.2 力学对细胞骨架的影响 6
1.2.3 力学对细胞核的影响 7
1.2.4 力学对细胞黏附、铺展面积的影响 8
1.2.5 力学对细胞增殖、分化的影响 9
1.2.6 力学对细胞迁移的影响 10
1.2.7 力学对细胞凋亡的影响 11
1.3 细胞力学的测量方法与仪器 11
1.3.1 微管吸吮技术 12
1.3.2 原子力显微技术 14
1.3.3 磁珠扭转细胞测量术 16
1.3.4 光镊技术 17
1.3.5 光束拉伸技术 19
1.3.6 微柱阵列技术 20
1.3.7 牵引力显微镜 21
1.3.8 流室技术 22
参考文献 23
第2章 细胞外基质形成 31
2.1 细胞外基质的组成成分 31
2.1.1 胶原 32
2.1.2 糖蛋白 32
2.1.3 糖胺聚糖及蛋白聚糖 33
2.1.4 弹性蛋白 33
2.2 细胞外基质材料 34
2.2.1 天然细胞外基质材料 35
2.2.2 人工细胞外基质材料 36
2.3 梯度功能材料的制备 37
2.3.1 梯度表面的制备 39
2.3.2 3D梯度材料的制备 44
2.4 不同刚度基质的制备 47
2.4.1 2D基质刚度模型的制备 48
2.4.2 3D基质刚度模型的制备 52
2.4.3 不同基质刚度3D骨组织工程支架 54
参考文献 57
第3章 细胞和细胞外基质的相互作用 65
3.1 基底刚度对干细胞生物学行为的影响 65
3.1.1 用于干细胞研究的不同刚度基质材料的制备方法 65
3.1.2 基质刚度对干细胞行为的调控作用 67
3.1.3 基底刚度对干细胞行为影响的机制 69
3.2 拓扑结构对干细胞生物学行为的影响 71
3.2.1 表面拓扑结构的制备方法 71
3.2.2 拓扑结构对干细胞生物学行为的调控作用 80
3.2.3 拓扑结构影响干细胞行为的内在机制 85
3.3 基质刚度对肿瘤发生发展的影响 87
3.3.1 细胞外基质与肿瘤微环境 87
3.3.2 基质力学与肿瘤的发生和发展 88
3.3.3 基质力学与肿瘤耐药性 89
3.3.4 2D基质力学与肿瘤增殖、迁移和转移 91
3.3.5 3D基质力学与肿瘤增殖、迁移和转移 94
3.4 基底刚度对肿瘤干细胞生物学行为的影响 102
3.4.1 肿瘤细胞的异质性 102
3.4.2 肿瘤干细胞 103
3.4.3 肿瘤干细胞龛 109
3.4.4 基质力学和肿瘤干细胞 112
3.4.5 肿瘤干细胞的力学特性 114
3.5 基底刚度对肿瘤细胞上皮间充质转化的影响 114
3.5.1 上皮间充质转化 114
3.5.2 上皮间充质转化与肿瘤 116
3.5.3 基质力学与上皮间充质转化 118
3.6 基底应变对细胞生物学特性的调控 119
3.6.1 基底应变力学加载装置的制备 119
3.6.2 施加基底应变对不同种类细胞生物学特性的影响 120
3.6.3 基底应变相关的信号通路研究 122
3.7 细胞和细胞外基质相互作用的力学信号转导 123
参考文献 125
第4章 微环境对细胞-基质相互作用的影响 139
4.1 物理因子对细胞-基质相互作用的影响 139
4.1.1 物理因子对支架材料调控细胞功能的影响 139
4.1.2 物理刺激对细胞外基质分泌的影响 153
4.2 流体剪切力对细胞-基质相互作用的影响 156
4.2.1 流体剪切力在血管微环境中的作用 157
4.2.2 流体剪切力在肿瘤转移灶中的作用 158
4.2.3 流体剪切力在骨再生修复中的作用 160
4.2.4 流体剪切力在免疫/炎性微环境中的作用 162
4.3 超声联合干细胞对周围神经修复的影响 165
4.3.1 低强度脉冲超声对iPSCs-NCSCs活性与增殖的影响 165
4.3.2 低强度脉冲超声对iPSCs-NCSCs向神经元和施旺细胞分化的影响 167
4.3.3 基因表达谱分析超声对iPSCs-NCSCs基因表达的影响 169
4.3.4 低强度脉冲超声促进iPSCs-NCSCs增殖和分化的力学信号转导通路 171
4.3.5 低强度脉冲超声联合iPSCs-NCSCs在体修复大鼠坐骨神经损伤的研究 171
4.4 低氧对细胞和细胞外基质相互作用的影响 174
4.4.1 微环境 174
4.4.2 低氧环境对细胞的影响 178
4.4.3 低氧对肿瘤细胞—细胞外基质相互作用的影响 180
4.4.4 低氧对骨修复中细胞-细胞外基质相互作用的影响 182
参考文献 183
第5章 细胞与基质相互作用中生物力学的应用 197
5.1 细胞-基质力学在韧带修复中的应用 197
5.1.1 材料的有序排列 198
5.1.2 材料的直径 203
5.2 细胞-基质力学在皮肤修复中的应用 206
5.2.1 材料表面结构 207
5.2.2 材料尺寸 214
5.3 细胞-基质力学在神经修复中的应用 214
5.3.1 基质刚度 215
5.3.2 支架材料拓扑结构 218
5.4 细胞-基质力学在骨修复中的应用 222
5.4.1 基质拓扑结构对骨修复的影响 222
5.4.2 基质刚度对骨修复的影响 225
5.5 细胞-基质力学在半月板和椎间盘修复中的应用 230
5.6 细胞-基质力学在创伤愈合中的应用 235
5.7 细胞-基质力学在发育中的应用 240
5.7.1 细胞和细胞外基质相互作用对细胞分化的影响 241
5.7.2 细胞-基质力学对胚胎发育的影响 241
5.7.3 生物力学应答过程中干细胞在分子水平和基因水平的变化 243
参考文献 246
附录 257