細(xì)胞所處的微環(huán)境在調(diào)節(jié)細(xì)胞形態(tài)變化和生理功能等方面起著至關(guān)重要的作用,由細(xì)胞外基質(zhì)（Extracellular Matrix,ECM）以及能夠促進(jìn)和調(diào)節(jié)細(xì)胞功能的生物化學(xué)分子組成。在過(guò)去十幾年的研究中,越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)表明,生物細(xì)胞所處的微環(huán)境的力學(xué)和幾何信號(hào)在調(diào)控細(xì)胞行為和功能等方面,和傳統(tǒng)的生物化學(xué)因素一樣至關(guān)重要。也有很多實(shí)驗(yàn)觀察到體內(nèi)各種微/納米拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)引導(dǎo)下的細(xì)胞遷移以及腫瘤細(xì)胞的侵襲/轉(zhuǎn)移過(guò)程。生命體的胚胎發(fā)育,組織形態(tài),甚至是腫瘤細(xì)胞的侵襲等過(guò)程,曲率環(huán)境都有很重要的參與。近年來(lái)已有很多研究通過(guò)構(gòu)建微溝槽、微柱等多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的微表面,初步探討了細(xì)胞尺度地形結(jié)構(gòu)對(duì)細(xì)胞行為的影響。細(xì)胞對(duì)生化、機(jī)械和拓?fù)湫盘?hào)的積極響應(yīng)影響了細(xì)胞形態(tài)及其活動(dòng)。細(xì)胞形態(tài)的變化主要是由肌動(dòng)蛋白纖維的粘著以及相關(guān)的內(nèi)力變化引起的,肌動(dòng)蛋白纖維的粘著力是根據(jù)ECM或鄰近細(xì)胞的刺激而發(fā)生的。了解ECM中細(xì)胞力學(xué)信號(hào)的傳遞以及貼壁細(xì)胞對(duì)ECM的幾何信號(hào)刺激下的活性/反饋的物理學(xué)機(jī)制,對(duì)于理解許多像傷口愈合、組織生長(zhǎng)/再生/發(fā)育等生物過(guò)程是很重要的。細(xì)胞已經(jīng)進(jìn)化出多種機(jī)制來(lái)很好地適應(yīng)它們的環(huán)境。雖然已經(jīng)有很多研... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院物理研究所)北京市

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

貼壁細(xì)胞與微環(huán)境之間相互作用的示意圖

第1章緒論3機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)中起著重要作用�？偟膩�(lái)說(shuō)，這些機(jī)械活性元素顯示了細(xì)胞、胞外基質(zhì)和相鄰細(xì)胞之間的動(dòng)態(tài)相互作用，以及這些關(guān)系如何影響細(xì)胞功能（圖1.2）。圖1.2主要機(jī)械感應(yīng)分子及其相互作用原理圖細(xì)胞基質(zhì)和細(xì)胞細(xì)胞粘附是相互協(xié)調(diào)的分子復(fù)合物。這些復(fù)合物通過(guò)細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞骨架網(wǎng)絡(luò)相互連接。這種互連性允許力學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)。這個(gè)原理圖只突出了幾個(gè)參與機(jī)械傳導(dǎo)的關(guān)鍵分子。圖片引用自文獻(xiàn)[42]。Figure1.2SchematicdiagramofkeymechanosensitivemoleculesandtheirinteractionsCell-matrixandcell-celladhesionsarecoordinatedmolecularcomplexes.Thesecomplexesareinterconnectedviaintracellularcytoskeletalnetworks.Thisinterconnectivityallowsforforcetransduction.Thisschematichighlightsonlyafewkeymoleculesinvolvedinmechanotransduction.Imagequotedfromliterature[42].細(xì)胞和ECM的基本界面，由各種跨膜和膜結(jié)合蛋白組成的磷脂雙分子層組成，是細(xì)胞感知其細(xì)胞外環(huán)境并對(duì)其做出反應(yīng)的主要部位。細(xì)胞生物學(xué)越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)證明在這個(gè)界面上接收和轉(zhuǎn)導(dǎo)的信號(hào)不僅是傳統(tǒng)上認(rèn)為的化學(xué)信號(hào)，而且更多的是物理信號(hào)。細(xì)胞對(duì)其ECM施加的力以及其他細(xì)胞和外部機(jī)械應(yīng)力對(duì)其施加的力都可以啟動(dòng)細(xì)胞反應(yīng)，并改變細(xì)胞對(duì)化學(xué)刺激的反應(yīng)。1.1.2幾何信號(hào)對(duì)細(xì)胞行為的影響細(xì)胞微環(huán)境的幾何特性作為細(xì)胞的調(diào)節(jié)因素在調(diào)節(jié)生命體的多個(gè)方面都發(fā)揮著重要作用[41-50,55]。在早期的研究中，具有各種幾何形狀的微圖案基底被用來(lái)研究細(xì)胞在遷移和分化過(guò)程中細(xì)胞形狀和基底的相關(guān)性。特別是在圓柱狀基底上利用光纖導(dǎo)管熔接的石英圓柱形纖維等構(gòu)建幾何特性的ECM直接引導(dǎo)正常

貼壁細(xì)胞遷移對(duì)于不同曲率信號(hào)的響應(yīng)4細(xì)胞向成纖維細(xì)胞和上皮細(xì)胞分化，如圖1.3所示，開(kāi)拓了ECM幾何性質(zhì)調(diào)節(jié)細(xì)胞行為這一領(lǐng)域，因?yàn)樯锊牧鲜峭耆ㄟ^(guò)幾何形狀來(lái)引導(dǎo)細(xì)胞功能，并在此基礎(chǔ)上促進(jìn)組織再生。由此展開(kāi)了關(guān)于不同幾何信號(hào)對(duì)于細(xì)胞行為的影響。圖1.3平面培養(yǎng)和圓柱基底培養(yǎng)的細(xì)胞電鏡圖圓柱狀基底上構(gòu)建幾何特性的ECM引導(dǎo)正常細(xì)胞向成纖維細(xì)胞和上皮細(xì)胞分化，圖片引用自文獻(xiàn)[52]。Figure1.3ScanningelectronmicrographsofcellsculturedonflatandcylindricalsubstrataTheconstructionofageometricallycharacterizedextracellularmatrixonacylindricalsubstratedirectsthedifferentiationofnormalcellsintofibroblastsandepithelialcells.Imagequotedfromliterature[52].已有研究結(jié)果表明，二維基底上的幾何形狀對(duì)應(yīng)力纖維和粘著蛋白分布都具有一定的影響[53]。研究者通過(guò)構(gòu)建方格結(jié)構(gòu)的方法，發(fā)現(xiàn)可以誘導(dǎo)不同類(lèi)型的接觸蛋白和相應(yīng)的細(xì)胞骨架的分離。細(xì)胞被鍍?cè)谀０宓那粌?nèi)，模板的網(wǎng)格作為連接ECM蛋白-纖維連接蛋白的媒介。細(xì)胞在沖壓區(qū)上建立新的聯(lián)系，導(dǎo)致粘連及其相關(guān)的細(xì)胞骨架的分離，即肌動(dòng)蛋白和角蛋白的中間絲。與傳統(tǒng)的細(xì)胞遷移方法相比，觀察到了不同的粘附復(fù)合物和相關(guān)的細(xì)胞骨架(肌動(dòng)蛋白和角蛋白的中間絲）的分離，而傳統(tǒng)的方法是在沒(méi)有觀察到分離的情況下進(jìn)行劃痕分析。Bade[54]研究了曲率半徑從幾十微米到數(shù)百微米的大尺度襯底對(duì)細(xì)胞排列的影響。通過(guò)新型的微納加工的方式制作沉底研究不同細(xì)胞的排列情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)單細(xì)胞在軸向方向上的分布更強(qiáng)烈，但是血管平滑肌單細(xì)胞不像成纖維細(xì)胞那樣有序地排列。與此同時(shí)，也有越來(lái)越多的研究表明，三維基底幾何形狀進(jìn)一步成為

【參考文獻(xiàn)】：
博士論文
[1]三維腫瘤微環(huán)境構(gòu)建及微環(huán)境與細(xì)胞的相互作用研究[D]. 韓玉龍.西安交通大學(xué) 2016



本文編號(hào)：3419780