细胞在缓变刚度基质上趋硬性迁移的数值试验

目的以成纤维细胞为模式细胞,光聚法制备的具有缓变刚度的水凝胶为基质,分析基质的工艺和性能参数对细胞迁移进程的影响,为有关人工基质的设计和制作提供理论指导。方法构建试验系统的数学模型,编制相应的计算机求解程序,包括细胞模型的黏弹性动力学有限元、细胞与基质间黏着斑的形成和解离动力学方程、动边界和时间多尺度问题的求解策略。结果给出基于实验数据的基质工艺参数与基质性能参数之间的关系式;当基质刚度一定时,速度和牵引力随基质刚度的增加而增大,并且伴有快速波动现象,随观察时间的延长,细胞运动状态将逐渐趋于稳定;适量增加基质刚度梯度将明显促进细胞迁移,而且细胞在较大刚度梯度的基质上能够保持一定的极限速度;光掩模不透明度梯度越小,基质刚度梯度越大,细胞到达指定位置耗时越少。试验结果与文献报道的有关实验结果相符。结论试验结果为测试光聚法制备的缓变刚度水凝胶基质的工艺参数和性能参数对细胞迁移进程的影响提供了一个有效的数字仿真平台。

成纤维细胞在基质刚度梯度作用下趋硬性迁移数值模拟

建立了一种细胞趋硬性迁移的理论模型和有限元分析框架,为连续变刚度人工基质的试验设计提供理论依据。考虑了细胞体的黏弹性属性,以及细胞与基质间的配受体动态反应过程,并以配受体合成时间为时间步长,将细胞运动方程化为静力学形式进行求解。对有限元过程提出一种动约束,便于消除其结构矩阵的奇异性。结果表明,模型能够模拟黏着斑内部力的快速波动现象,细胞的运动速度与观测数据一致,可有效模拟20 h以上的长时程问题。