机械拉伸通过Piezo1/F-actin/YAP通路促进骨髓间充质干细胞迁移

目的探究机械拉伸对间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)迁移能力的影响及相关分子机理,为深入认识力学调节MSCs迁移的机制提供实验证据。方法采用全骨髓贴壁法提取和分离SD大鼠MSCs,使用机械拉伸加载装置在体外对MSCs施加时间为8 h、形变量为10%、频率为1 Hz的循环机械拉伸加载。利用划痕和Transwell法检测MSCs的迁移能力;免疫荧光染色检测YAP(yes-associated protein)核质分布和F-actin聚合;q RT-PCR和western blot检测YAP、p-YAP和Piezo1的表达情况。结果划痕和Transwell实验表明,机械拉伸可以显著增强MSCs的迁移能力。机械拉伸后,YAP的表达和活性显著增强,而VP(verteporfin)处理则抑制了机械拉伸促进的MSCs迁移。此外,免疫荧光染色结果显示,机械拉伸可以促进F-actin聚合,Lat A(latrunculin A)处理通过抑制YAP的表达和活性阻碍了MSCs的迁移。q RT-PCR和Western blot结果显示,机械拉伸加载后MSCs的Piezo1在m RNA和蛋白表达水平均显著上调,敲减Piezo1则抑制了拉伸促进的F-actin聚合,也抑制了机械拉伸促进的MSCs迁移。结论机械拉伸通过Piezo1/F-actin/YAP信号通路促进MSCs的迁移能力。

机械拉伸增强巨噬细胞介导的颗粒易位研究

目的探究机械拉伸作用对巨噬细胞介导的PM2.5穿越空气-血液屏障(ABB)的影响机制。方法建立一种器官级微流控人体肺芯片阵列模型,通过构建上皮细胞-内皮细胞-巨噬细胞共培养系统,模拟了ABB的生理和结构特征;通过负压气动实现ABB的三维机械拉伸。实验中,将PM2.5颗粒添加到上皮细胞和巨噬细胞腔室以构建体外肺部暴露模型,并研究机械拉伸对PM2.5跨ABB易位量影响。结果经由巨噬细胞介导的PM2.5的跨越是机械拉伸依赖性的。在静态培养的系统里,无论是否添加巨噬细胞,PM2.5都难以跨越ABB生理屏障;在施加三维循环机械拉伸的系统里,只有当添加巨噬细胞后,PM2.5跨越ABB的易位量才有显著上升。实验还讨论了巨噬细胞活化与否对介导PM2.5穿越ABB的影响。结论PM2.5的跨越过程是由循环机械拉伸和巨噬细胞介导共同调节的,这一发现填补了对PM2.5跨越机制理解的部分空白,并为进一步研究颗粒物毒性和预防呼吸系统疾病提供了关键见解。

过度机械拉伸应力通过Piezo1介导肌腱细胞凋亡的作用及机制研究

目的探索机械敏感离子通道蛋白Piezo1在过度机械拉伸应力诱导肌腱细胞凋亡中的作用机制。方法分离并培养8周龄雄性C57小鼠(n=20,体质量22~26 g)的肌腱细胞,采用Flexcell系统建立机械拉伸诱导肌腱细胞凋亡的细胞模型。将肌腱细胞分为对照组、20%拉伸组、20%拉伸+Yoda1组、20%拉伸+GsMTx4组、20%拉伸+Piezo1敲低慢病毒(Lv-Piezo1)组及20%拉伸+对照慢病毒(Lv-Ctrl)组,采用线粒体膜电位、流式细胞仪、Western blot和钙离子荧光探针检测Piezo1在肌腱细胞凋亡中的作用。将肌腱细胞分为20%拉伸组、20%拉伸+siRNA介导Calpain2敲低(si-Calpain2)组、20%拉伸+对照siRNA(si-Ctrl)组,Western blot检测Piezo1下游信号Calpain2/BAX/Caspase3轴的激活情况。结果过度机械拉伸应力作用下,20%拉伸组细胞凋亡水平显著高于对照组(P<0.05),Yoda1进一步促进了机械拉伸应力诱导的肌腱细胞凋亡(P<0.05),而GsMTx4和Lv-Piezo1表现出相反的作用(P<0.05)。过度机械拉伸应力作用下,肌腱细胞Calpain2、BAX和cleaved-Caspase3的表达增强(P<0.05)。20%拉伸+si-Calpain2组BAX和cleaved-Caspase3的表达水平低于20%拉伸组、20%拉伸+对照siRNA组(P<0.05),敲低Calpain2可抑制BAX和cleaved-Caspase3的表达(P<0.05),减轻肌腱细胞凋亡(P<0.05)。结论过度机械牵拉应力通过激活Piezo1和下游Calpain2/BAX/Caspase3通路诱导肌腱细胞凋亡,Piezo1有望成为肌腱病的潜在治疗靶点。

华北陆块岩石圈减薄作用:热薄化与机械拉伸的数值模拟研究

针对华北陆块岩石圈减薄作用的动力学机制开展了一系列二维定量数值模拟研究。其模拟结果表明,在给定的岩石圈热传导和放射性生热条件下,岩石圈底部地幔热流(mantlethermalflux)的增加能导致岩石圈内热状态的明显改变,导致早古生代以来华北岩石圈厚度的巨大变化,当地幔热流达到35～40mWm-2,华北陆块的岩石圈厚度将减薄至100km以内。单纯的机械拉张同样能导致岩石圈厚度的薄化,但岩石圈厚度的减薄相对有限。即使拉张伸展率达25%,其岩石圈厚度最大减薄至150km。因此通过数值模拟的研究揭示了这样的事实,即华北陆块岩石圈厚度的减薄主要受制于岩石圈内热状态的变化,以热侵蚀的减薄方式为主,机械拉张作用可能对华北陆块岩石圈厚度的减薄作用有一定贡献。

机械拉伸对血管平滑肌细胞粘附及生长的影响

通过自行研制的“四点弯曲梁”实验装置对血管平滑肌细胞 (VSMC)加载培养 ,并结合显微形态观察和计算机图像处理系统测量细胞铺展投影面积、微管吸吮实验系统检测细胞与表面的粘附力、α 肌动蛋白 (actin)免疫组化试验 ,了解细胞骨架发育和排列取向、流式细胞仪检测细胞动力学以及细胞生长行为等认识VSMC对应变刺激的响应 .发现VSMC粘附铺展与实验时间正相关 ,细胞粘附力、铺展面积、单位面积粘附力 4h后实验组与对照组无显著性差异 .VSMC内α actin发育随加载时间延长呈增加趋势 .细胞动力学检测实验组加载 2 4h后VSMC增殖活动受到抑制 .VSMC可能通过调节细胞铺展行为、胞内应力纤维发育等主动机制 ,实现对机械拉伸的适应性改建 .应变刺激有利于体外培养的VSMC维持收缩表型 .

周期性机械拉伸对人肺上皮细胞增殖的影响

为了研究周期性拉伸应变对人肺上皮细胞DNA合成的影响 ,应用流式细胞术对拉伸应变下的细胞增殖动力学变化进行了分析。结果表明 :在应变为 15 % ,频率为 2 0次 /min、4 0次 /min的拉伸刺激下 ,在 2 4h ,正常人支气管上皮细胞H72 7的增殖活性指数明显降低 ,细胞的DNA合成受到显著抑制 ;4 8h后 ,人肺腺癌细胞A5 49的增殖活性明显降低 ,且拉伸时间越长 ,抑制作用越强。提示周期性拉伸应变抑制人肺上皮细胞的增殖。

机械拉伸波形及频率对肺腺癌细胞增殖的影响

通过FX-4000柔性基底加载系统研究了不同波形及频率的周期性机械拉伸对人肺腺癌A 549细胞株增殖的影响,应用Im age-P ro图像处理软件对A 549细胞株在心形波、三角波及方波等拉伸应变下的增殖动力学变化进行了分析。实验表明:在co llagenⅠ基底膜上,应变0-25%,频率为20次/m in、40次/m in及60次/m in,加载时间为2 h时,与对照组比较,方波刺激组细胞生长明显受到抑制,三角波刺激组细胞增殖率无明显差异,心形波刺激组细胞增殖加快。研究表明:A 549细胞株对体外的生理应变作出响应时,方波与60次/m in频率的组合刺激抑制作用最佳,且加载时间越长抑制效果越好。可见,波形与频率的合理组合在抑制人肺腺癌细胞增殖的过程中起着重要作用。

间歇性机械拉伸对体外培养兔关节软骨细胞微管蛋白-β取向的影响

目的探讨间歇性机械拉伸对兔关节软骨细胞生长和细胞形态及骨架的影响,为软骨细胞内力学信号传导研究的提供参考。方法采用FX-4000TM柔性基底拉伸系统对体外单层原代培养的兔软骨细胞实施正弦波、0.5Hz、0～5%间歇性周期应变加载,每日拉伸3h,共加载3天。对照组静态培养。3天后检测细胞活力、基质合成情况以及微管蛋白-β细胞免疫荧光染色,并对细胞周期进行检测。结果加载组软骨细胞生长良好,氨基多聚糖和蛋白多糖的合成与对照组无明显差异;但细胞增殖指数显著增高（P〈0.05）;微管蛋白-β沿细胞长轴发生重排,细胞形态和取向趋于一致。结论间歇性机械拉伸对细胞生长起到积极的作用,并且通过微管蛋白-β的重排影响细胞形态和取向。

机械拉伸下人牙周膜成纤维细胞增殖动力学变化的研究

为了研究拉伸应变对人牙周膜成纤维细胞DNA合成的影响，采用流式细胞术对拉伸应变下的细胞增殖动力学变化进行分析。结果：在0．5％～8％拉伸应变范围内，人牙周膜成纤维细胞受力2小时即显示出较高的增殖活性，6小时达高峰，其中以2％拉伸应变作用最为明显，随时间延长，增殖指数下降。提示拉伸应变可有效促进人牙周膜成纤维细胞DNA合成。

反复机械拉伸法在聚合物中定向排列单壁纳米碳管

在原位聚合过程中，采用反复机械拉伸的方法，将半干状态的SWNTs／PMMA复合体系沿同一方向反复拉伸，合成了SWNTs在PMMA基体中定向排列并均匀分散的SWNTs／PMMA复合材料SEM和TEM照片分析表明，SWNTs沿拉伸方向排列且均匀分散；不同入射角度下的偏振拉曼光谱分析也表明其定向性良好；电学和力学性能测量结果进一步表明复合材料表现出显著的各向异性，且电导率和力学性能沿SWNTs排列方向得到明显提高；建立了SWNTs在拉伸过程中定向排列的动力学模型，理论分析了SWNTs在流股剪切力作用下在复合体中沿拉伸方向定向排列的机理。

纳米单晶氩机械拉伸性质的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)方法对纳米单晶氩杆进行了机械拉伸变形和断裂的模拟研究。在拉伸过程中可以观察到原子位错,间隙的形成,裂纹的出现,以及后来的断裂分离等现象,与宏观的拉伸试样相似。MD模拟的拉伸试样的真实应力应变图显示,纳米单晶氩杆随着应变的增加应力略有增加,超过某一应变值后,应力急剧增加到最大值。随后,在加载速率较大时试样突然脆性断裂,在加载速率较小时应力却有一个突然的下降变负过程。这说明加载速率对材料的强度影响很大,当加载速度分别为2.16m/s和6.49m/s时,纳米单晶氩材料相应的断裂强度为2.6GPa和6.6GPa。纳米单晶氩材料在断裂前经历了一个较大的塑性变形过程,但其断裂方式却是完全脆性的。另外,纳米单晶氩材料在自由边界条件下充分弛豫后在垂直于拉伸的方向有轻微的收缩,不同于Al,Cu,Ni等具有FCC晶格结构的纳米单晶材料由于内力的作用引起轻微膨胀。

短期机械拉伸加载对人肺腺癌细胞A549细胞的增殖效应

目的测量人肺腺癌细胞株A549对机械拉伸加载的短期响应。方法用加载Flexercell-4000TTM系统在4h内对A549细胞进行正常生理参数范围的应变刺激,并测量细胞的增殖效应。结果细胞的增殖率均有不同程度的提高,增殖响应系数M(%)为:0.5h,M=18%;1h,M=22%;4h,M=5%。结论研究证明细胞对短期加载的增殖响应与人成骨细胞特征相似,在1800循环数左右有一峰值,间歇式加载能保持长期高增长率,而过去的研究表明连续加载相反,只会抑制细胞的增长。

机械拉伸对人Ⅱ型肺泡上皮细胞表达纤溶酶原激活物抑制剂-1的影响

机械通气（MV）是重危患者治疗、手术全麻必不可少的治疗手段.机械通气也能激活肺组织炎症级联反应,促进炎性细胞因子释放,诱发肺损伤（VILI）[1].VILI相关的生物伤一直为国内外研究者关注的重点[2,3],其致病机制复杂,有待于进一步阐明.纤溶酶原激活物抑制剂-1（PAI-1）是纤溶的调节剂（uPA）,在肺部炎症中也发挥重要的作用[4,5].本研究拟通过对机械拉伸A549细胞PAI-1表达的影响,探讨机械通气致肺损伤的机制.

机械拉伸诱导骨髓间充质干细胞向软骨细胞分化的实验研究

目的软骨组织工程种子细胞的来源问题是当前限制软骨组织工程发展的主要因素之一。骨髓间充质干细胞(mesenchymal stem cell,MSCs)是一种具有多项分化潜能的细胞,已有研究证实,MSCs经诱导能定向分化为软骨细胞,进而形成软骨组织。由于MSCs具有易于取材、特性稳定、可连续传代培养和冷冻保存等特点使得MSCs成为软骨组织工程理想的种子细胞来源。笔者实验拟研究大鼠MSCs的分离、纯化的方法,采用四点弯曲的加载方式产生基底应变,对MSCs施加周期性拉伸,探索间充质干细胞向软骨细胞分化的条件,为修复软骨提供理论依据和技术基础。

大鼠肺上皮细胞体外机械拉伸损伤模型的建立与评价

目的建立大鼠肺上皮细胞体外周期性机械拉伸损伤模型,为探讨机械通气所致肺损伤的过程及其机制提供模型基础。方法应用Flexercell-4000T^(TM)细胞柔性基底加载系统拉伸大鼠肺上皮Ⅱ型细胞株,随机分为对照组(C组)和机械拉伸组(S组),每组又分为4个亚组,3 h组(3C组、3S组)、6 h组(6C组、6S组)、16 h组(16C组、16S组)和24 h组(24C组、24S组)。机械拉伸组设定拉伸幅度为20%,频率为0. 3 Hz的正弦波并持续拉伸相应的时间。检测各组的细胞凋亡率、细胞上清液中TNF-α含量并观察形态学改变。结果与各自对照组相比,机械拉伸组细胞凋亡率均增加,TNF-α表达均增多(P <0. 05)。电镜下可观察到同趋势的细胞形态学损伤,以24 h机械拉伸组为著。结论应用Flexercell-4000TTM细胞柔性基底加载系统以拉伸幅度为20%、拉伸频率为0. 3 Hz的强度,持续24 h可建立有效的大鼠肺上皮细胞体外机械拉伸损伤模型。

周期性机械拉伸对类风湿关节炎成纤维样滑膜细胞增殖的影响

目的探讨周期性机械拉伸对类风湿关节炎成纤维样滑膜细胞(RA-FLSs)增殖能力的影响。方法实验组细胞在周期性机械拉伸频率为1.0 Hz、拉伸幅度为3%、6%和9%的条件下,分别对RA-FLSs加载2、6和12 h。对照组细胞在保持与实验组培养条件一致的情况下不进行拉伸刺激。机械拉伸后,用流式细胞术和MTS检测细胞的增殖和活性。RT-PCR检测加载后细胞周期调控因子(CyclinD1、CyclinE1、CDK2、P27)在基因水平上的表达变化。结果 6%和9%的拉伸刺激持续作用6、12 h使RA-FLSs增殖和活性显著降低(P<0.05),同时CDK2和CyclinE1的mRNA表达降低,P27 mRNA的表达增高(P<0.05),周期性机械拉伸对CyclinD1表达的影响相对较小。结论周期性机械拉伸对RA-FLSs增殖能力的影响与拉伸强度以及持续的时间有关,6%和9%的机械拉伸刺激可以抑制RA-FLSs的增殖,而这种增殖抑制作用可能是通过调控CyclinE1,CDK2和P27的表达来实现的。本研究对于探讨力学刺激在类风湿性关节炎的发病机制以及临床防治中的作用具有一定意义。

周期性机械拉伸对人真皮成纤维细胞增殖及胶原蛋白代谢的影响

目的体外研究周期性机械应力刺激对成纤维细胞生物学行为的影响,进一步了解皮肤创面愈合的生物学机制。方法原代提取人真皮成纤维细胞(human skin fibroblasts,HFB)。采用FX-4000柔性基底应变加载系统对HFB施加周期性机械拉伸,流式细胞仪检测细胞周期,实时荧光定量PCR检测各组成纤维细胞内Ⅰ,Ⅲ型胶原蛋白mRNA的表达,ELISA方法检测各组上清液中Ⅰ,Ⅲ型胶原蛋白的浓度。结果与静态对照组比较,10%拉伸幅度加载培养24h后,细胞增殖明显;10%拉伸幅度作用24h,48h可以促进成纤维细胞Ⅰ,Ⅲ型胶原蛋白mRNA的表达;20%拉伸幅度作用24h,48h可以促进上清液中Ⅰ,Ⅲ型胶原蛋白的合成。结论力学刺激可以改变HFB的细胞周期,促进HFB的增殖;也能够影响细胞外基质中Ⅰ,Ⅲ型胶原蛋白的代谢,且与力学刺激的幅度和时间有关。

机械拉伸对人角膜基质细胞水通道蛋白AQP1表达的影响

通过探讨机械拉伸对人角膜基质细胞中水通道蛋白1(AQP1)及下游信号通路相关基因表达的影响,为揭示圆锥角膜等术后并发症的发生机制提供参考。采用FLEX-4000对人角膜基质细胞进行周期性机械拉伸处理,采用Fluo-3荧光探针检测细胞内Ca^2+的浓度,ELISA法检测拉伸处理后胞内cAMP的含量,Real-time PCR分析拉伸和Ca^2+螯合剂BAPTA处理后AQP1及其下游信号通路相关基因的表达变化。结果发现:机械拉伸可诱导角膜基质细胞中AQP1及其下游FAK、Wnt通路相关基因的表达。机械拉伸处理后胞内Ca^2+、cAMP含量显著上升。BAPTA能够抑制拉伸诱导的AQP1及下游ARHGEF2、Wnt11、MMP2基因的表达。结果提示机械拉伸能够通过调节胞内Ca^2+浓度和cAMP浓度促进AQP1的表达,并进一步通过下游的FAK、Wnt信号通路诱导MMP2的表达,参与角膜细胞外基质代谢的调节。

棒形悬式复合绝缘子金具对芯棒不同连接结构与机械拉伸强度的关系

通过对 1 1 0 k V/1 0 0 k N棒形悬式复合绝缘子金具与芯棒 5种连接结构 2 7组试品的机械拉伸破坏负荷试验及破坏值的统计计算 ,初步分析不同连接结构对复合绝缘子机械拉伸强度的影响。5种连接结构都可以生产出符合标准规定机械拉伸负荷值的产品 ,但因其连接结构形式不同和生产技术要求难易程度不一样 ,其机械拉伸强度也互不相同。

机械拉伸对角膜内皮细胞生物学功能的影响

目的人角膜内皮细胞再生能力十分有限,一旦受损即会造成角膜水肿混浊,影响视力,甚至致盲。疾病、手术、外伤等因素会导致眼压波动,引起角膜所受拉伸应力改变,然而,力学刺激对角膜内皮细胞会有怎样的影响尚不清楚。研究机械拉伸对角膜内皮细胞形态及功能的影响。方法兔角膜内皮细胞以5%的幅度单轴循环拉伸4 h。