扭曲能量在循环负荷下驱动纤维细胞种植的原基架中的细胞和机械变化

科学领域:

• 生物材料科学 生物材料科学
• 细胞机械生物学 细胞机械生物学
• 组织工程是组织工程.

背景情况:

• 软组织中的纤维细胞活动受细胞外基质的机械性质的控制.
• 以前使用应力或应变不变的模型难以预测不同负载配置的细胞反应.
• 需要一个关于纤维细胞介导矩阵重塑的统一理论.

研究的目的:

• 研究扭曲能量作为纤维细胞细胞和机械反应的预测因素.
• 为了在多种负载条件下比较扭曲能量与传统的应力和应变不变量.
• 为了确定扭曲能量能否统一不同机械环境中细胞反应的预测.

主要方法:

• 鼠纤维细胞被播种在原基架上,并在7天内接受循环单轴张力,单轴压缩或双轴张力压缩.
• 一个多轴生物反应器在所有负载类型中应用了大约40 J/m3的应变能量.
• 机械特性,细胞密度和纤维对齐在刺激前后被量化.

主要成果:

• 与应力/应变不变相比,细胞密度的变化与扭曲能量 (部分r=0.85,p=0.001) 的相关性最强.
• 扭曲能量与拉伸刚度正相关,但与压缩性能无关.
• 扭曲能量被证明是各种负载场景中细胞和机械变化的优越预测因素.

结论:

• 扭曲能量是纤维细胞介导的矩阵重塑在各种机械负荷的强有力的预测器.
• 这种标量测量提供了一个统一的框架,用于理解细胞对机械刺激的反应行为.
• 扭曲能量可能是纤维细胞活动和细胞外矩阵重塑的基本物理驱动因素.