机械应力影响鼠骨髓基质细胞骨保护素/NF-κB受体活化剂配体mRNA表达变化

骨保护素/NF-κB受体活化剂配体/NF-κB受体活化剂(OPG/RANKL/RANK)系统对破骨细胞生成、功能起着关键的作用,它的发现是骨生理代谢研究领域的重大进展。为研究生理性机械应力对鼠骨髓基质细胞OPG/RANKLmRNA表达变化的影响,进一步探讨机械应力对破骨细胞的影响机制,通过对鼠骨髓基质细胞施加不同时段的生理性的机械应力,并以RT-PCR半定量的方法检测OPG/RANKLmRNA表达变化趋势。结果显示随着加力时间的延长(6h后)RANKLmRNA表达减少34.4%,而OPGmRNA(9h后)表达增加73%,提示生理性应力能显著影响鼠骨髓基质细胞OPG/RANKLmRNA表达变化,从而在一定程度上阐明了生理性应力延缓骨质吸收的内在机制。     

应力诱导的菊花原生质体定向性伸长响应

从单细胞水平探索了应力条件对植物细胞伸长这一生长发育过程中的基本和重要现象的影响。从菊花叶片中分离原生质体并将其包埋于琼脂糖凝胶块中,通过自主研发的微应力加载装置对该细胞-凝胶混合物施加机械挤压,加载后的凝胶块培养并切片后进行细胞形态分析,采用基于有限元方法的ABAQUS软件计算细胞周围的应力场,发现受到应力刺激的原生质体在培养过程中倾向于以垂直于凝胶块中主应力张量的方向伸长,应力强度与这种细胞响应遵照某种非线性的剂量依赖关系,且该响应会受到外源性含RGD序列的多肽的抑制。说明植物单细胞具有响应外部力学信号的能力;植物细胞质膜上可能存在与动物细胞系统中类似的RGD特异结合受体,它在应力条件下的细胞伸长响应中可能参与了力学信号的介导。     

静态单轴拉伸应变刺激对细胞有丝分裂方向的影响

力学刺激对细胞发育具有重要意义,它如何对细胞分化及组织形态的发生产生影响是一个尚未完全阐明的问题.细胞的有丝分裂过程与细胞增殖、分化以及胚胎发育、组织器官形态形成和损伤组织的修复再生等特性密切相关,例如,细胞的有丝分裂方向就是影响细胞极性分化,乃至组织形态发生的因素之一.那么,力学刺激是否通过改变细胞有丝分裂方向从而影响细胞的分裂分化呢?以小鼠成骨细胞系MC3T3为模型,探讨了静态单轴拉伸应变刺激对细胞形态、应力纤维排布方向和有丝分裂方向的影响.结果显示,在4%及8%静态单轴拉伸应变条件下,48 h之内细胞形态发生明显变化,细胞呈梭状,长轴沿应变方向排列,细胞骨架微丝呈束状平行排列,方向与应变方向相关.统计学分析表明,4%应变刺激48 h后、8%应变6 h后、8%应变12 b后、8%应变24 h后,及8%应变48 h后,分别有49%,43%,54%,54%,和62%的细胞应力纤维排列方向与单轴拉伸应变方向的夹角在300以内,以及50%,48%,56%,53%和62%的细胞有丝分裂方向与单轴应变方向夹角在300以内.统计学分析表明,细胞形态、应力纤维排布及有丝分裂方向与拉伸方向相关,且应力纤维排列方向和有丝分裂方向之间呈现高的相关性,这种相关性在拉伸刺激48 h后表现很明显,由此推测,存在力学刺激影响细胞形态及细胞应力纤维排布方向,控制有丝分裂方向的机制.     

伤齿龙(Troodontids)筑巢产卵的行为

应用薄壳理论研究中国和北美西部出土的晚侏罗世至晚白垩世伤齿龙蛋以平卧和竖立两种方式埋在沙土中受压破损的抵抗能力 ,分析伤齿龙蛋在蛋窝中特有的排列方式与其蛋壳的抗失稳能力之间的关系。结果表明 ,由于伤齿龙蛋壳很薄 ,其抗失稳能力很差 ,如果这种蛋以横卧方式埋在沙土中就可能在很小载荷下因失稳屈曲而破裂 ;但是 ,如果把蛋竖立起来埋在沙土中 ,则蛋的抗破碎能力比把它们平放埋在沙土中要高出 4～ 5倍。从而认为 ,伤齿龙在筑巢产卵时把一个个蛋竖立起来埋在沙土中是为解决其低强度蛋壳在保护胚胎 ,避免外力损伤和在卵的孵化后期幼雏能够破壳而出这两方面的矛盾而采取的一种保护性措施 ,说明这些体征很像鸟类的兽脚类恐龙 ,其智商可能比人们想象的要高。在此基础上 ,探讨和复原了伤齿龙筑巢产卵的行为。     

低切应力对体外培养血管中膜平滑肌细胞原癌基因c-Fos和c-Myc表达的影响

为了探讨切应力影响血管重建的机制,观察了低切应力对完整血管中膜平滑肌细胞原癌基因蛋白c-Fos和c-Myc表达的影响。应用血管体外应力培养系统,将一段完整的猪颈总动脉在体外进行培养,控制血管内培养液为定常流, 压力为1.33×105 Pa,切应力分别为2 Pa(S20组)、0.5 Pa(S5组)和0 Pa(S0组),培养时间分别为1、6和24 h,采用免疫组化和计算机图像分析方法观察血管中膜平滑肌细胞c-Fos和c-Myc的表达。结果显示,S20组仅有少量的表达,而S5组和S0组,血管壁的平滑肌细胞短时间(1 h)内即出现c-Fos和c-Myc表达增高,与S20组相比有显著差异(P<0.01),随后,c-Fos又很快降低(6 h),24 h时已降至基线水平,而c-Myc的表达则持续相对较长的一段时间,且与c-Fos相反,1 h的表达低于6 h。结果表明,在低切应力作用下,血管平滑肌细胞的c-fos和c-myc基因被激活,调节转录,从而调节切应力-血管平滑肌细胞的信号转导通路,进而影响血管平滑肌细胞的增殖和凋亡。     

流式细胞术分析强声波对植物细胞周期的影响

应用流式细胞术分析烟草细胞在交变应力作用下细胞周期的变化。用特制的强声波发生装置产生频率和强度可调的交变应力场,研究不同频率和强度的交变应力作用后烟划细胞周期的变化,实验结果表明,在交变应力作用下直接影响细胞或细胞分裂的同步化,促进S期的DNA合成,有助于细胞有丝分裂,声波频率在400Hz至800Hz,强度在90dB到110dB内,随频率和强度的增加,交变应力使S期细胞明显增加,但频率或强度达大,反而使S期细胞大大减少。     

机械牵拉诱导人RPE细胞IL-8分泌及其对PI3K/AKT 通路的影响

目的:视网膜脱离发生机制尚不明确,本文旨在研究机械应力牵拉后视网膜色素上皮细胞上清中IL-8分泌量的变化以及人其对RPE细胞PI3K/AKT通路变化影响。方法:培养人RPE细胞,应用Flex-cell细胞应力加载系统牵拉人RPE细胞不同时间(0h、1 h、3 h、6 h、9 h)建立不同牵拉时间的模型。分别标记为对照组、牵拉1 h组、牵拉3 h组、牵拉6 h组、牵拉9 h组。随后用ELISA方法检测人RPE细胞不同实验组上清中IL-8分泌量的变化。细胞免疫荧光和Western blot方法观察PI3K、PPI3K、T-AKT、P-AKT的表达。结果:随着牵拉时间的延长,ELISA方法检测人RPE细胞不同实验组上清中IL-8分泌量逐渐增加[924.79±5.92 pg/m L、947.73±5.34 pg/m L、974.53±5.74 pg/m L、979.57±1.12 pg/m L、1019.22±4.25 pg/m L],差异有统计学意义(F=166,p0.01),各牵拉组与对照组分别对比,差异有统计学意义(P0.05)。细胞中P-AKT蛋白表达增加[0.61±0.02、0.97±0.05、0.99±0.04、1.21±0.11、1.20±0.07],差异有统计学意义(F=41.24,p0.01),各牵拉组与对照组分别对比,差异有统计学意义(P0.05),AKT表达未见明显变化。结论:机械应力牵拉人RPE细胞时,细胞上清中IL-8分泌量逐渐增加同时RPE细胞内PI3K/AKT通路明显激活,并与牵拉时间有关,为探究EMT原因和对防治PVR提供了理论基础。     

3 种不同弹性模量钛合金股骨假体在羊股骨置换模型中应力分布的三维 有限元分析

目的:通过三维有限元分析方法来观察并比较3种不同弹性模量钛合金股骨假体在羊股骨置换模型中von-Mises应力分布的情况。方法:采用64排螺旋CT对一健康成年羊的下肢股骨进行全长的CT扫描,扫描层厚为0.5 mm,扫描所得的数据存储为DICOM文件。将得到的DICOM文件导入到CT图像分析软件Mimics 10.0,然后利用Mimics 10.0软件来生成股骨的骨质点云数据,再将生成的骨质点云数据导入到Simpleware分析软件,通过机械加工反求中的复杂曲面造型技术建立起精确的三维实体模型。对三维实体模型进行网格划分,确定了髓腔的形状,并根据羊下肢股骨髓腔的形状设计了作者实验用的羊股骨假体模型,然后在ANSYS 12.1软件中进行网格划分。给予加载缓慢行走载荷以及扭转载荷,分析并比较羊股骨以及3种不同弹性模量钛合金股骨假体在股骨置换模型中von-Mises应力分布的情况。结果:在缓慢行走载荷以及扭转载荷条件下,3种不同弹性模量钛合金股骨假体von-Mises应力分布变化趋势一致,假体的柄颈结合部以及假体柄上1/3为应力集中区域。3种不同弹性模量的最大应力集中点均位于柄颈结合部,60 GPa弹性模量的股骨假体植入后假体的最大应力最小(37.8 MPa、29.1 MPa),股骨的最大应力最大(12.6 MPa、24.5 MPa);80 GPa的次之,假体的最大应力(38.4 MPa、33.4 MPa),股骨的最大应力(12.5 MPa、24.5 MPa);110 GPa的股骨假体植入后假体的最大应力最大(38.9 MPa、38.1 MPa),股骨的最大应力最小(12.3 MPa、24.5 MPa)。60 GPa弹性模量的股骨假体植入后的假体最大位移和相对位移均最小(缓慢行走载荷下假体最大位移为0.551 mm、相对位移为0.008 mm,扭转载荷下假体最大位移为0.730 mm、相对位移为0.011 mm)。结论:较低弹性模量的钛合金股骨假体(60 GPa)由于其弹性模量更接近于骨组织的弹性模量,股骨假体与股骨间的"应力遮挡"效应较小,更有利于应力在股骨假体及股骨间的传递,增加了股骨假体的早期稳定性,延长了其临床寿命。