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胫骨高位截骨促进软骨再生治疗膝骨关节炎

中国组织工程研究 2024年第32期28卷 5243-5248页

作者：付强昌郑力铭蒋利锋浙江大学医学院附属第二医院骨科浙江省杭州市310052 浙江大学骨科研究所浙江省杭州市310052 浙江省运动系统疾病研究与精准诊治重点实验室浙江省杭州市310052 浙江省运动系统疾病临床研究中心浙江省杭州市310052

背景:对于全膝关节置换无法取得满意疗效的早期膝骨关节炎,胫骨高位截骨能促进受损软骨再生,缓解患者症状,是治疗膝骨关节炎的经典保膝治疗方案。目的:对胫骨高位截骨刺激膝骨关节炎软骨再生的有效性、作用机制及应用前景展开回顾与讨论... 详细信息

背景:对于全膝关节置换无法取得满意疗效的早期膝骨关节炎,胫骨高位截骨能促进受损软骨再生,缓解患者症状,是治疗膝骨关节炎的经典保膝治疗方案。目的:对胫骨高位截骨刺激膝骨关节炎软骨再生的有效性、作用机制及应用前景展开回顾与讨论,为利用胫骨高位截骨术联合软骨再生策略治疗膝骨关节炎提供理论基础。方法:计算机检索PubMed数据库、Web of Science、中国知网、万方医学数据库收录的相关文献。英文检索词为“knee osteoarthritis,high tibial osteotomy,limb alignment,chondrocytes,biomechanics,intra-articular”,中文检索词为“膝骨关节炎,胫骨高位截骨术,下肢力线,软骨细胞,生物力学,关节腔注射”,主要收集数据库中2013-2023年相关的文献,最终纳入75篇文献进行分析。结果与结论:①胫骨高位截骨纠正下肢力线能有效缓解患者的症状,延缓甚至避免全膝关节置换,是骨科阶梯化治疗的重要组成部分;②正常的力学微环境对软骨细胞的表型和功能维持是必须的,异常的力学信号可以通过初级纤毛、整合素、细胞骨架和核骨架成分等机械传感器转化为细胞内的化学信号,导致软骨基质代谢和炎症调控的紊乱;③异常应力作用后的软骨细胞在合适的应力下仍有恢复为正常表型的潜能,胫骨高位截骨术纠正力学微环境后可导致自发性软骨修复和滑膜炎症缓解;④对于尚不满足全膝关节置换的早期膝骨关节炎患者,胫骨高位截骨术联合软骨再生策略的前景值得期待。

关键词：膝骨关节炎胫骨高位截骨术下肢力线软骨再生炎症生物力学力学微环境关节腔注射

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线粒体的力学生物学研究进展

医用生物力学 2024年第3期39卷 545-551页

作者：纳静郑丽沙樊瑜波北京航空航天大学生物与医学工程学院生物力学与力生物学教育部重点实验室北京市生物医学工程高精尖创新中心北京100083

线粒体是高度动态的细胞器,不仅为细胞提供能量和物质基础,同时参与调控细胞的增殖、迁移、分化和凋亡等。细胞命运受来自微环境的力学信号调节。近年来的研究表明,力学因素对细胞的能量代谢具有调控作用。线粒体作为一个力学感受器和枢... 详细信息

线粒体是高度动态的细胞器,不仅为细胞提供能量和物质基础,同时参与调控细胞的增殖、迁移、分化和凋亡等。细胞命运受来自微环境的力学信号调节。近年来的研究表明,力学因素对细胞的能量代谢具有调控作用。线粒体作为一个力学感受器和枢纽,连接力学和代谢来调控细胞的命运。深入理解力学微环境和线粒体代谢的关系,为促进组织再生和疾病治疗提供有力的指导。本文主要介绍线粒体力学生物学研究进展,并探讨其在组织再生和疾病治疗中的潜在应用。

关键词：线粒体力学微环境力学转导组织再生癌症

结合力生长因子在全降解聚合物血管支架力学微环境变化中的作用

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生物化学与生物物理进展 2020年第12期47卷 1261-1272页

作者：尹铁英李焰红黄玉华王贵学重庆大学生物工程学院血管植入物开发国家地方联合工程实验室与“生物流变科学与技术”教育部重点实验室重庆400044

动脉粥样硬化作为一种主要的心血管疾病,威胁着全世界人类的健康.全降解聚合物血管内支架是由生物可降解的高分子聚合物材料制作的、用于治疗动脉粥样硬化病变狭窄管腔的植入器械.它克服了金属药物洗脱支架引起的慢性局部炎症反应、血... 详细信息

动脉粥样硬化作为一种主要的心血管疾病,威胁着全世界人类的健康.全降解聚合物血管内支架是由生物可降解的高分子聚合物材料制作的、用于治疗动脉粥样硬化病变狭窄管腔的植入器械.它克服了金属药物洗脱支架引起的慢性局部炎症反应、血管生理舒缩功能缺失和晚期支架内血栓形成以及未来可能在同一位置再次植入支架的缺陷.但全降解聚合物支架由于各级降解产物的刺激引起炎症反应以及支架植入部位力学微环境的变化,从而引起支架内再狭窄和血栓形成,结合力生长因子(mechano growth factor,MGF)具有对力学刺激敏感的特性,可能对心血管支架植入引起的局部力学变化作出响应.本文对全降解聚合物支架植入后支架的降解特性与力学微环境变化引起的再狭窄、血栓形成等不良反应,以及MGF在其中的作用和研究进展进行综述,以期为临床冠脉介入支架治疗提供参考.

关键词：高分子聚合物血管支架力学微环境再狭窄力生长因子

骨髓间充质干细胞对机械力学微环境的响应:观点、现状、思考与未来

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中国组织工程研究 2019年第25期23卷 4075-4081页

作者：孙彬段浩钟宗雨刘政李晓壮唐志宏何飞昆明医科大学第一附属医院

背景:骨髓间充质干细胞是骨组织工程中重要的种子细胞,但该细胞定向增殖分化调控研究仍是一个难题,既往的研究主要集中在生物化学方面的调控作用,而机械力学因素对骨髓间充质干细胞增殖分化的调控研究较少。目的:总结近年来机械力学微... 详细信息

背景:骨髓间充质干细胞是骨组织工程中重要的种子细胞,但该细胞定向增殖分化调控研究仍是一个难题,既往的研究主要集中在生物化学方面的调控作用,而机械力学因素对骨髓间充质干细胞增殖分化的调控研究较少。目的:总结近年来机械力学微环境对骨髓间充质干细胞增殖分化影响的研究现状和最新进展。方法:以"力学微环境、间充质干细胞、刚度、增殖分化"为关键词检索CNKI数据库、万方数据库,以"mechanical microenvironment,mesenchymal stem cell,stiffness,proliferation and differentiation"为英文关键词检索PubMed数据库,共检索到117篇文献,经筛选后对符合标准的65篇文献进行归纳分析。结果与结论:不同的机械力可使骨髓间充质干细胞增殖分化受到不同影响。牵张力与流体剪切力对骨髓间充质干细胞产生的刺激大部分会使其向成骨方向分化,而压缩力和静水压力对骨髓间充质干细胞产生的刺激大部分会使其偏向软骨方向分化,小部分向成骨方向分化。不同基底力学机械信号对间充质干细胞成神经、成脂、成肌与成骨方向产生影响,每种分化方向都有其最适的分化条件。细胞的自身组分在响应机械力学信号中也承担重要作用。为了探索机械力学与骨髓间充质干细胞增殖分化之间的关系,模拟建立骨髓间充质干细胞所受力学微环境相似的基质和支架系统是目前重要研究手段之一。

关键词：骨髓间充质干细胞力学微环境牵张力流体剪切力刚度压缩力静水压力基质增殖分化国家自然科学基金

力学微环境下SNF5调控肝癌细胞EMT的探究

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力学微环境下SNF5调控肝癌细胞EMT的探究

作者：朱秀左重庆大学

学位级别：硕士

临床资料显示,90%的肝细胞癌（HCC）具有肝硬化背景,并且与肝硬化相关的HCC患者死亡率仍在上升。细胞外蛋白质的大量沉积增加了细胞外基质（ECM）的刚度,从而改变细胞所处的力学微环境。HCC是一种转移率较高且预后差的恶性癌症,目前针对... 详细信息

临床资料显示,90%的肝细胞癌（HCC）具有肝硬化背景,并且与肝硬化相关的HCC患者死亡率仍在上升。细胞外蛋白质的大量沉积增加了细胞外基质（ECM）的刚度,从而改变细胞所处的力学微环境。HCC是一种转移率较高且预后差的恶性癌症,目前针对HCC的治疗方案选择较少且效果有限。癌细胞转移作为肿瘤预后不良的主要因素,是攻克肿瘤的重难点。上皮间充质转化（EMT）是一个使肿瘤细胞获得转移能力的复杂过程,其进程几乎在所有转移性癌症中都有发生,能够使癌细胞获得运动能力,迁移到邻近组织。研究表明,SNF5在多种恶性肿瘤中表达受到抑制,其在肿瘤细胞ECM的重塑和细胞转移能力的抑制中起重要作用。但是,力学微环境变化对于SNF5及EMT进程有何影响,以及力学微环境下SNF5如何调控EMT均不清楚。基于此,本课题拟以HepG2细胞为实验对象,通过将PDMS预聚物和固化剂以30:1、10:1比例混合制备成不同硬度的3D结构基底,以模拟ECM硬度变化下的力学微环境。首先通过Western blot实验和q PCR技术检测30:1和10:1的3D结构基底上HepG2细胞中EMT相关蛋白和SNF5的表达。其次,构建过表达或敲低SNF5的HepG2稳定细胞株,通过Western blot实验和q PCR技术分析这两种细胞株中EMT有关蛋白的表达情况,并将过表达SNF5的HepG2细胞接种在30:1和10:1的3D结构上,采用Western blot实验对EMT有关蛋白的表达进行检测。最后,通过Transwell实验法对过表达或敲低SNF5的细胞迁移能力和侵袭能力进行检测,并将过表达SNF5的HepG2细胞接种在30:1和10:1的3D结构上,应用Western blot检测迁移侵袭相关蛋白的表达。本课题实验内容与实验结果如下:（1）基底硬度对HepG2细胞EMT进程和SNF5表达的影响:将HepG2细胞接种在30:1和10:1的3D结构基底上,采用Western blot实验和q PCR技术分析EMT有关蛋白和SNF5的表达。实验结果表明,在较硬基底上HepG2细胞中E-cad的表达受到抑制,N-cad和VIM的表达被诱导,即基底硬度增加促进了HepG2细胞EMT进程;在较硬基底上SNF5表达下调,表明基底硬度增加抑制了SNF5的表达。（2）力学微环境下SNF5对HepG2细胞EMT的影响:构建过表达或敲低SNF5的HepG2稳定细胞株,应用Western blot实验以及q PCR技术分析EMT相关蛋白的表达,结果表明过表达SNF5,E-cad的表达被诱导,N-cad和VIM的表达受到抑制,敲低SNF5的HepG2细胞中EMT相关蛋白的表达趋势则相反,说明SNF5抑制HepG2细胞EMT进程;将过表达SNF5的HepG2细胞接种在30:1和10:1的3D结构基底上,应用Western blot分析EMT有关蛋白的表达,结果表明,在10:1较硬基底上过表达SNF5,HepG2细胞的E-cad上调,N-cad和VIM下调,说明SNF5抑制由10:1较硬基底诱导的EMT进程。（3）力学微环境下SNF5对肝癌细胞HepG2的迁移及侵袭的影响:对HepG2细胞过表达或敲低SNF5,通过Transwell实验法统计其中迁移及侵袭的细胞量,结果表明,过表达SNF5后,迁移和侵袭的细胞数量减少;而抑制SNF5后,迁移和侵袭的细胞数量增多,即SNF5抑制HepG2细胞的迁移和侵袭能力;将过表达SNF5的HepG2细胞接种在30:1和10:1的3D结构基底上,通过Western blot实验检测迁移侵袭相关蛋白的表达,结果表明,在10:1较硬基底上,HepG2细胞的MMP9、MMP2和VEGFA的表达上调,而过表达SNF5抑制了10:1较硬基底表达上调的MMP9、MMP2和VEGFA,即力学微环境下SNF5抑制迁移侵袭有关分子的表达。

关键词：肝细胞癌 SNF5 上皮间充质转化肿瘤转移力学微环境

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应力应变梯度场对体外胶原自组装的影响

天津理工大学学报 2024年

作者：韩磊翰王鑫天津理工大学机电工程国家级实验教学示范中心天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室

胶原作为一种结构蛋白，广泛分布与人体。力学微环境对胶原单体自组装后的结构和排列起到关键的驱动作用，但作用机制尚不清楚。本文致力于在应力应变梯度场下，研究胶原体外自组装的结构与形态的变化规律以及透明质酸在这一过程中的重... 详细信息

胶原作为一种结构蛋白，广泛分布与人体。力学微环境对胶原单体自组装后的结构和排列起到关键的驱动作用，但作用机制尚不清楚。本文致力于在应力应变梯度场下，研究胶原体外自组装的结构与形态的变化规律以及透明质酸在这一过程中的重要作用。本文以牛Ⅰ型胶原蛋白为研究对象，将胶原溶液加入力学加载器中并放在 37℃恒温箱中培养。通过改变胶原溶液的浓度、力学加载强度、胶原蛋白与透明质酸比例等条件，利用原子力显微镜观察胶原的形态及分布。结果发现胶原纤维具有较强的位置依赖性，浓度依赖性以及力学微环境依赖性。力学微环境能促进胶原纤维沿应力场排列，以抵抗外力的作用。透明质酸能提高胶原纤维宽度和取向性。本文对于进一步拓展胶原基生物材料在组织工程中的应用具有重要意义。

关键词：胶原蛋白力学微环境透明质酸原子力显微镜

骨组织工程化构建中细胞三维培养力学微环境的研究

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国际生物医学工程杂志 2009年第2期32卷 99-104,112页

作者：徐晓莹张西正郭新郭春郭勇李瑞欣军事医学科学院卫生装备研究所天津300161

骨重建和骨塑建的力学响应机制表明力学因素在骨的组织工程化构建中起着十分重要的作用。外部力学载荷导致骨组织内部的力学微环境发生变化进而在细胞的增殖、迁移、细胞外基质的合成、细胞因子及激素分泌能力以及骨髓间充质干细胞的分... 详细信息

骨重建和骨塑建的力学响应机制表明力学因素在骨的组织工程化构建中起着十分重要的作用。外部力学载荷导致骨组织内部的力学微环境发生变化进而在细胞的增殖、迁移、细胞外基质的合成、细胞因子及激素分泌能力以及骨髓间充质干细胞的分化方向等方面产生重要的影响。因此，在组织工程构建过程中，细胞三维培养的力学微环境是有待深入研究的重要内容。尤其近年来引入了三维有限元分析的方法以及非侵入性高分辨率的Micro-CT影像技术，使在细观层次上进一步探索培养物内部的微观力学条件成为可能。综述了骨组织工程化构建中细胞三维培养的微环境、力学生物学效应、力学因素的施加和量化等方面的研究进展。

关键词：骨组织工程力学响应力学微环境显微CT 有限元方法

通过FRET观测T细胞中ERK活性对力学微环境的敏感响应

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医用生物力学 2021年第S1期36卷 78-79页

作者：欧阳明星李亚芹郭佳邓林红常州大学生物医学工程与健康科学研究院常州213164

T细胞是免疫系统的组成部分,发挥免疫功能时,一些T细胞需要经历巨大的力学微环境变化,如从流体的血液环境到黏附在血管壁上,穿过管壁在组织中迁移到达效应靶区。在免疫应答过程中,这些力学因素变化如何调节T细胞的活性及命运仍有待研究... 详细信息

T细胞是免疫系统的组成部分,发挥免疫功能时,一些T细胞需要经历巨大的力学微环境变化,如从流体的血液环境到黏附在血管壁上,穿过管壁在组织中迁移到达效应靶区。在免疫应答过程中,这些力学因素变化如何调节T细胞的活性及命运仍有待研究。为模拟其对力学变化的信号反应,本文利用FRET技术观测Jurkat T细胞在不同力学条件下的ERK活性。

关键词：免疫应答过程调节T细胞力学因素免疫系统力学条件免疫功能 FRET 力学微环境

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基质微环境力学与细胞生物学行为

生命科学研究 2019年第6期23卷 487-493页

作者：李倩朱晓嫚王纪浩谢岩黎河南工业大学粮油食品学院中国河南郑州450001 河南省粮油食品安全检测与控制重点实验室中国河南郑州450001 中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心中国安徽合肥230031

细胞作为有机体的最小组成单元,广泛参与着一系列的生命活动。细胞甚至单分子层面上的生物化学反应一直是探究机体生理活性的重点。近些年来,越来越多的研究指出,力学微环境广泛地影响着细胞的生物学活性,如细胞内蛋白质的分布和动态变... 详细信息

细胞作为有机体的最小组成单元,广泛参与着一系列的生命活动。细胞甚至单分子层面上的生物化学反应一直是探究机体生理活性的重点。近些年来,越来越多的研究指出,力学微环境广泛地影响着细胞的生物学活性,如细胞内蛋白质的分布和动态变化、信号转导等,同时细胞对外界产生的力学效应在组织的重构中起着重要的作用。理解力学微环境与细胞生物学效应的关系为研究生理病理条件下细胞的变化提供了新的视角,同时为开发支架等仿生材料提供了新的思路。本文总结了基质的硬度、配体浓度如何影响细胞黏附、迁移和分化,可为未来生物力学的研究提供基础和依据。

关键词：细胞力学微环境硬度配体浓度