生物管状组织的三维形态发生和斑图动力学

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作者 于鹏宇 李博 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期549-549,共1页

目的研究生物管状上皮组织发育过程中的斑图形成、形态发生和群体动力学行为背后力学和生化信号的耦合作用机制。方法构建了耦合生化信号和力化学反馈通路的三维细胞顶点模型,结合理论分析和数值模拟探究管状组织的形貌动力学。结果发... 目的研究生物管状上皮组织发育过程中的斑图形成、形态发生和群体动力学行为背后力学和生化信号的耦合作用机制。方法构建了耦合生化信号和力化学反馈通路的三维细胞顶点模型,结合理论分析和数值模拟探究管状组织的形貌动力学。结果发现细胞中生化信号的反应扩散和细胞主动变形可以介导包括环形、波浪形、螺旋形和迷宫形等多种自组织的力化学斑图和管腔形态,且力化学反馈通路可以进一步使动力学系统发生霍普夫分岔,介导群体细胞振荡和力化学斑图传播。结论提出的理论揭示了管腔组织斑图形成和斑图动力学的力化学机制,突显了力学-化学相互作用在生物管腔组织形态动力学中的重要作用;研究提供了三维计算框架以深入理解生命系统中复杂的斑图形成过程。 展开更多

关键词 化学相互作用 群体动力学 霍普夫分岔 管状组织 力化学 三维形态 反应扩散 动力学系统

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干细胞模拟发育:细胞元件、胚胎模型与工程方法 被引量：1

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作者 韩宜钊 郭佳 邵玥 《合成生物学》 CSCD 北大核心 2024年第4期734-753,共20页

近百年来,胚胎发育的理论基础主要源于对模式动物的研究,珍稀哺乳动物的发育研究一直受到种间差异、伦理及技术手段等条件的制约。随着干细胞技术的迅猛发展,研究者们利用干细胞构建体外胚胎模型突破传统发育研究的局限性。目前,胚胎模... 近百年来,胚胎发育的理论基础主要源于对模式动物的研究,珍稀哺乳动物的发育研究一直受到种间差异、伦理及技术手段等条件的制约。随着干细胞技术的迅猛发展,研究者们利用干细胞构建体外胚胎模型突破传统发育研究的局限性。目前,胚胎模型是否能够完全模拟真实胚胎的发育过程尚待验证,但这无疑为发育生物学研究带来新的可能性。本文以小鼠和人为主要讨论模型,总结用于构建胚胎模型的干细胞种类,阐释不同干细胞在模拟发育过程中的作用和重要性。文章系统呈现了胚胎在不同发育阶段的关键事件和时空动态过程,全面阐述胚胎模型取得的显著成果,详细探讨如何评估胚胎模型的仿生度,以及生物工程学方法在胚胎模型开发中的关键作用,为胚胎模型的进一步优化和发展提供参考。通过对胚胎模型领域的深入研究,有助于更全面细致地了解胚胎发育过程,并为早期发育研究、疾病研究、药物筛选、生殖医学及毒性评估等领域提供更为精确的理论依据和应用工具,进而为未来生命科学的发展开辟新的途径。 展开更多

关键词 干细胞 胚胎模型 哺乳动物胚胎学 微环境 生物工程 高保真度 自组装

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神经元轴突线粒体长距离转运的力生物学

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作者 赵虎成 孙艳丽 +1 位作者 钱舒乐 冯西桥 《生物化学与生物物理进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2024年第9期2028-2036,共9页

作为极性细胞,神经元由胞体、网状的树突和细长并具有分支的轴突构成。完成分化的神经元在脊椎动物的整个生命周期中要保持正常的生理功能,需要大量的能量来维持静息电位与突触传递。神经元主要依赖于线粒体氧化磷酸化产生的ATP提供能... 作为极性细胞,神经元由胞体、网状的树突和细长并具有分支的轴突构成。完成分化的神经元在脊椎动物的整个生命周期中要保持正常的生理功能,需要大量的能量来维持静息电位与突触传递。神经元主要依赖于线粒体氧化磷酸化产生的ATP提供能量。神经元通过长距离运输与锚定将健康的线粒体运送并富集到轴突分支突触前末梢等能量消耗较大的区域,同时将轴突末梢老化或受损的线粒体反向转运到胞体进行清除。本文结合作者自己的研究从力学的观点,论述在驱动力作用下线粒体是如何克服阻力在轴突进行长距离运输。综述内容包括微管的极性、微管马达蛋白、线粒体衔接蛋白复合物、线粒体与锚定蛋白相互作用、细胞内阻力、线粒体与内质网的相互作用、线粒体生成、裂变、融合、分裂、质量控制等方面。这些新颖的观点将为认识由线粒体运输障碍引起的神经系统疾病提供重要的参考。 展开更多

关键词 线粒体转运 轴突 驱动力 锚定

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神经元轴突生长的力生物学

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作者 孙艳丽 赵虎成 冯西桥 《生物化学与生物物理进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1361-1370,共10页

神经系统作为一个复杂的体系,在其发育过程中轴突需要延伸较长的距离才能与下一级神经元或靶细胞形成突触。在这个复杂的移动过程中,神经元轴突在空间分布上形成了精确有序的结构。过去认为这种有序结构的形成主要由形态发生素的化学浓... 神经系统作为一个复杂的体系,在其发育过程中轴突需要延伸较长的距离才能与下一级神经元或靶细胞形成突触。在这个复杂的移动过程中,神经元轴突在空间分布上形成了精确有序的结构。过去认为这种有序结构的形成主要由形态发生素的化学浓度梯度来指导,而最近的研究发现力学因素对调控轴突的延伸速度与方向发挥着重要的作用。因此,轴突的延伸本质上是一个力化学耦合过程。本文将结合自己过去的工作论述力学因素对轴突延伸的调控机制及相关的信号转导。这一领域的研究将为认识对神经系统疾病的发生以及神经再生提供重要的参考。 展开更多

关键词 轴突生长 力学调控 力生物学

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基于仿生强化学习的分布式集群围猎

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作者 许琨 李悦 +1 位作者 阳宇光 李博 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期562-562,共1页

目的分布式活性集群呈现出复杂的集群动力学行为,启发了人类设计仿生集群围猎技术等。目前,中心式集群围猎策略面临着可靠性、可扩展性和复杂性的问题。本研究致力于发展能够控制分布式活性集群完成集群围猎任务的策略。方法采用了仿生... 目的分布式活性集群呈现出复杂的集群动力学行为,启发了人类设计仿生集群围猎技术等。目前,中心式集群围猎策略面临着可靠性、可扩展性和复杂性的问题。本研究致力于发展能够控制分布式活性集群完成集群围猎任务的策略。方法采用了仿生强化学习:(1)驯鹿群会进行“集群铣削”,即所有的个体都绕着同一个轴沿相同的方向做圆周运动,启发了从集群层面设计出包围猎物的方法。(2)精子能呈现出复杂的趋化运动行为,研究发现精子的扩散能力会随着化学浓度的增加而下降,启发了从个体角度设计控制活性粒子轨迹的策略。结果所得到的策略能够使分布式活性集群以一种可靠、灵活、简单的方式完成集群围猎任务,且因分布式所带来的同质化竞争,集群能够自发地产生向心机械力将猎物锁住,当群规模超过临界规模时,过强的挤压力能够诱导集群发生“失稳”。还发现在捕获多个猎物时,粒子群能自发地将多个猎物合并捕获到一起。结论开发了一种分布式集群围猎策略,该策略能够自发地对多个猎物进行合并捕获。 展开更多

关键词 强化学习 分布式集群 扩散能力 粒子轨迹 同质化竞争 趋化运动 仿生 挤压力

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药物抑制非肌肉肌球蛋白Ⅱ对小鼠囊胚发育的影响 被引量：3

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作者 郭峥 杜婧 常城 《发育医学电子杂志》 2017年第4期238-243,共6页

目的探讨非肌肉肌球蛋白Ⅱ(non-muscle myosinⅡ,NMⅡ)ATP酶抑制剂(-)-Blebbistatin对小鼠早期胚胎体外发育过程及其干性相关基因表达的影响。方法采用SPF级ICR品系小鼠,对10只雌鼠采用孕马血清促性腺激素和人绒毛膜促性腺激素进行诱导... 目的探讨非肌肉肌球蛋白Ⅱ(non-muscle myosinⅡ,NMⅡ)ATP酶抑制剂(-)-Blebbistatin对小鼠早期胚胎体外发育过程及其干性相关基因表达的影响。方法采用SPF级ICR品系小鼠,对10只雌鼠采用孕马血清促性腺激素和人绒毛膜促性腺激素进行诱导超数排卵,雌鼠与雄鼠1︰1合笼。分别于E 0.5、E 1.5、E 2.5(受孕0.5、1.5、2.5天)收集胚胎。桑椹胚随机分为对照组和实验组,对照组液滴为20μl Ksom培养基,实验组液滴为加入25μM(-)-Blebbistatin的20μl Ksom培养基,体外培养24小时。进行免疫荧光标记,观察小鼠胚胎中微丝骨架的分布情况,以及桑椹胚中nanog、Oct4、sox2、ssea1和estrogen等5个干性相关基因的表达情况。结果小鼠早期胚胎的发育经历细胞分裂后裂球数目增加、桑椹胚致密化、囊胚期囊胚腔的扩张过程。(-)-Blebbistatin组胚胎则无法形成囊胚腔进入囊胚时期,大多数胚胎裂球松散,整体呈扁塌状。实验共重复3次,实验组胚胎共62枚,均未能形成囊胚;对照组胚胎共60枚,全部形成囊胚。(-)-Blebbistatin抑制NMⅡ后小鼠胚胎干性相关基因nanog,Oct4,sox2,ssea1,estrogen的表达均明显低于对照组(P值均﹤0.05)。结论抑制NMⅡATP酶活性会阻滞小鼠囊胚的体外发育,并降低干性相关基因的表达。 展开更多

关键词 非肌肉肌球蛋白Ⅱ BLEBBISTATIN 桑椹胚 囊胚腔 细胞骨架

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群体细胞动力学研究进展 被引量：1

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作者 林绍珍 陈鹏程 +1 位作者 李博 冯西桥 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第28期3100-3117,共19页

在胚胎发育、伤口愈合、肿瘤侵袭等生理和病理过程中,群体细胞动力学行为起着重要调控作用.群体细胞动力学涉及细胞骨架演化、生化信号转导、细胞之间以及细胞与微环境之间的相互作用等,是力学与生物学交叉领域的一个前沿课题.本文重点... 在胚胎发育、伤口愈合、肿瘤侵袭等生理和病理过程中,群体细胞动力学行为起着重要调控作用.群体细胞动力学涉及细胞骨架演化、生化信号转导、细胞之间以及细胞与微环境之间的相互作用等,是力学与生物学交叉领域的一个前沿课题.本文重点介绍单层多细胞系统群体动力学研究的一些最新进展.首先,介绍单层多细胞系统在不同边界约束下的群体细胞运动模式及其演化规律,并与多粒子系统拥堵转变行为进行类比分析.进而介绍单层多细胞系统的细胞形状和取向的统计规律、细胞取向所形成的拓扑缺陷,及其对群体细胞运动和细胞命运的影响、然后,介绍群体细胞的振荡行为及其发生机制与理论模型,并简要讨论基底曲率对群体细胞动力学的影响.最后,介绍群体细胞动力学研究的一种常用力学模型——细胞顶点模型. 展开更多

关键词 群体细胞动力学 群体细胞迁移 力化-生耦合 细胞顶点模型

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隧道纳米管--一种新的细胞间连接

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作者 孙艳丽 Aleksey Yakovlev +2 位作者 刘丝丝 赵虎成 冯西桥 《生物化学与生物物理进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2021年第11期1273-1281,共9页

细胞间通讯和物质交换是多细胞生物发育、组织修复和细胞生存的重要环节.最近发现细胞间存在隧道纳米管(tunneling nanotubes,TNTs)连接,并以此进行长距离通讯.TNTs是一种细胞间长距离的物理连接,能够在相连的细胞之间实现远程、定向的... 细胞间通讯和物质交换是多细胞生物发育、组织修复和细胞生存的重要环节.最近发现细胞间存在隧道纳米管(tunneling nanotubes,TNTs)连接,并以此进行长距离通讯.TNTs是一种细胞间长距离的物理连接,能够在相连的细胞之间实现远程、定向的通讯.研究表明,不同细胞间TNTs在结构、形成机制和功能特性上存在相当大的差异.尽管这一新的研究领域取得了进展,但仍迫切需要进一步探索.本文综述TNTs的结构形态特征、生物功能、形成机制及其在疾病传播和疾病治疗中的应用前景,并讨论由TNTs介导的电耦联的研究现状. 展开更多

关键词 纳米隧道管 长距离连接 细胞间通讯 疾病治疗

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生物活性软物质动力学研究进展

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作者 张德清 徐子楠 李博 《科学通报》 EI CAS 2024年第32期4667-4686,共20页

细胞、组织等软物质由于存在活性,其非平衡动力学行为十分复杂,这种动力学行为广泛存在于胚胎发育、组织再生和癌症转移等多种生理病理过程.深入理解生物活性软物质的动力学演化行为及其稳定性对疾病诊断和治疗有重要的理论意义和潜在... 细胞、组织等软物质由于存在活性,其非平衡动力学行为十分复杂,这种动力学行为广泛存在于胚胎发育、组织再生和癌症转移等多种生理病理过程.深入理解生物活性软物质的动力学演化行为及其稳定性对疾病诊断和治疗有重要的理论意义和潜在应用价值.许多生物活性软物质具有向列液晶属性,使得生命系统更加复杂。本文重点介绍生物活性液晶动力学的研究现状.首先,介绍三种活性液晶的连续介质力学模型以及拓扑缺陷的种类、结构和运动模式,并阐述拓扑缺陷的重要生物学意义和可能的调控方式.然后,从生物界面的角度出发,介绍活性向列型液晶界面的理论模型,并阐释控制方程的具体形式以及不同场变量的空间离散形式和对应的积分计算方法.最后,介绍活性-活性向列界面的形貌发生和拓扑缺陷动力学行为,并说明活性调控多细胞界面形貌动力学的机制。 展开更多

关键词 生物活性软物质 动力学 拓扑缺陷 界面演化

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壁式慢回转培养器中的微载体运动特点 被引量：1

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作者 马萧 杨春 庄逢源 《生物医学工程学杂志》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期1433-1438,共6页

壁式慢回转反应器(RWVS)是三维培养的常用装置,同时它也被广泛用于在地面模拟微重力效应对细胞的影响。目前,众多学者都在探讨RWVS为何能在一定程度上模拟部分微重力效应。不少相互独立的研究均表明,这种效应可能与细胞在RWVS中所受的... 壁式慢回转反应器(RWVS)是三维培养的常用装置,同时它也被广泛用于在地面模拟微重力效应对细胞的影响。目前,众多学者都在探讨RWVS为何能在一定程度上模拟部分微重力效应。不少相互独立的研究均表明,这种效应可能与细胞在RWVS中所受的力学微环境密切相关,包括低流场剪切力与微载体的运动等,其中微载体的运动又分为一级运动与次级运动两种。本文从微载体的受力分析出发,结合众多研究者的仿真和实验观测结果,对微载体的一级、次级运动及其研究方法做一个较为全面的梳理。 展开更多

关键词 模拟微重力效应 壁式慢回转反应器 细胞力学微环境 微载体 运动

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动态超声弹性成像的现状及展望 被引量：6

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作者 李国洋 郑阳 +3 位作者 刘燕霖 江宇轩 徐玮强 曹艳平 《中华医学超声杂志（电子版）》 CSCD 北大核心 2019年第8期561-564,共4页

基于生物软组织的力学性质变化,对其生理、病理状况进行评估有着悠久的历史[1],触诊即是其中最为典型的一种评估方法。触诊是指医师通过手接触被检查部位等触觉行为直接感知人体特定组织器官的力学性质变化,并对疾病的发生和发展作出初... 基于生物软组织的力学性质变化,对其生理、病理状况进行评估有着悠久的历史[1],触诊即是其中最为典型的一种评估方法。触诊是指医师通过手接触被检查部位等触觉行为直接感知人体特定组织器官的力学性质变化,并对疾病的发生和发展作出初步诊断的一种检查方式。触诊的结果通常依赖医师的主观判断。 展开更多

关键词 超声弹性成像 生物软组织 评估方法 组织器官 检查部位 检查方式 初步诊断 触诊

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