生物物理学和细胞力学

我们全身的细胞不断地与它们的微环境相互作用。虽然生物化学交流已经被广泛研究了很长时间，但机械相互作用的重要性(即细胞应用、感知和响应力的能力)直到最近才被认识到。精确的力学条件，从亚细胞水平到器官规模，对组织发育、功能、重塑和愈合至关重要。然而，理解活细胞对机械信号反应的机制和过程的确切性质——细胞机械敏感性——在很大程度上仍然是一个基本的开放问题。

最近，我们从实验和理论上研究了细胞力学敏感性的一个显著表现:细胞在响应底层底物循环拉伸时的重新定向。在实验中，我们专注于细胞对循环拉伸的反应，这种拉伸模拟了重要的生理条件(例如心脏跳动、血管脉动和呼吸)，其中附着的细胞从自然随机的方向开始-重新定位到一个明确而均匀的角度，这取决于施加的拉伸。这一杰出的过程揭示了细胞对外力反应的高灵敏度和准确性。随后，我们提出了一种新的理论，该理论既考虑了细胞对底物变形的被动二维弹性各向异性响应，也考虑了其肌动蛋白细胞骨架和局灶性粘连(FAs)的主动重塑，突出了重新定向过程中结构、弹性和分子动力学之间的相互作用。该理论与所有广泛的实验数据在定量上非常一致，预测了完全的时间重定向动力学。欲了解更多细节，请参阅下面的论文和图表。

其他正在进行的项目侧重于肌动球蛋白收缩性的活性性质，即肌动球蛋白II马达的物理特性，它可以主动收缩细胞中的肌动蛋白网络，以及肌动蛋白切断，这是细胞分裂、生长和运动等过程所必需的过程。

生物物理学和细胞力学

相位对比快照跟踪循环拉伸下单细胞重定向动态。面板b和d中的实体曲线是理论预测，与单细胞的重定向动力学表现出极好的一致性。

应力纤维(红色)，主要由肌动蛋白和局部粘连(黄色)组成，分子复合物耦合到SFs末端并粘附在底层基质上，在单个细胞中经过6小时的循环拉伸。

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