細胞力學（cell mechanics）是生物力學的一個前沿領域，也是組織工程學的一個重要組成部分。它涉及細胞在力學載荷作用下細胞膜、細胞骨架的變形、彈性常數、粘彈性、粘附力等力學性能的研究，以及力學因素對細胞生長、發育、成熟、增殖、衰老和死亡等的影響及其機制研究。細胞力學關注人體各類細胞，尤其是與血液循環系統、人體支撐運動系統、消化系統等有關的細胞。
基本介紹
- 外文名：cell mechanics
細胞力學的結構基礎,細胞力學的研究方法,參考資料,
細胞力學的結構基礎
在細胞力學模型研究中，通常把細胞看成是由一層膜包裹著的流變體；細胞膜厚度約為4~5 nm，使細胞內部與環境隔開。細胞膜是一層由帶雙鏈的類脂和蛋白質組成的脂雙層膜，可隨意變成各種形狀，相當於二維流質。
細胞膜的受力和變形對膜的功能和結構有直接影響。此外，細胞與細胞間的連線也是相鄰的細胞膜特殊生化過程形成的連線裝置。在細胞內部，存在著極其複雜的蛋白質纖維的網路結構系統——細胞骨架，它包括微管、微絲和中間纖維；這一細胞骨架網路系統使得細胞具有主動變形和抵抗被動變形的能力。
細胞接受力學刺激的關鍵在於細胞結構的完整性，尤其是細胞骨架的張力完整性；它可實現機械力在細胞內傳遞分布並將力學信號最終表現在效應點上。整合素也是細胞表面的力學感受器之一，它能將外力傳向細胞骨架的通道，介導細胞與細胞外基質間的黏附。細胞通過與其表面的整合素受體及時回響，以張力整和的形式將力學信號有選擇地轉換到細胞的不同結構部件，細胞受力刺激後，將刺激轉變成相應信號傳入胞內，引起一系列應答反應。此外，胞內游離鈣離子的濃度調節也是力學信號傳遞中的關鍵環節。鈣離子的濃度改變主要通過膜上鈣通道實現，其中電壓操縱性鈣通道被認為能直接感應力學信號調節鈣離子將胞外的各種信號傳遞至細胞內，引起細胞內信號的級聯反應，進而調節細胞增殖及分化。
細胞力學的研究方法
對於細胞力學來講,其研究的關鍵是細胞的力學載入方式；所以尋找合適的細胞載入方法和細胞變形及相關的生物學測量手段是細胞力學研究的首要問題。細胞力學實驗是在一定條件下對細胞所處生物力學環境的模擬。按照所模擬力的來源不同，通常分為模擬體內力學環境和模擬體外力學環境兩大類。模擬體內力學環境的實驗方法主要有流動剪下力法、基底拉伸法、靜水壓法、圓周應力法；模擬體外力學環境的實驗方法主要有微重力細胞培養法、離心力場法、氣體加壓法、聲波刺激法、微光束輻照法。此外，研究單細胞力學特性的實驗方法主要有微管吸吮法、原子力顯微鏡懸臂刺激法、磁珠扭轉法和光鉗法。
參考資料
[1] Shaofan Li，Bohua Sun. Advances in cell mechanics. 北京:高等教育出版社, 第1版, 2011.
[2] 陳槐卿. 細胞生物力學與臨床套用. 第1版, 鄭州:鄭州大學出版社, 2012.
[3] 姜宗來，樊瑜波. 生物力學—從基礎到前沿. 第1版，北京:科學出版社, 2010.
