《細胞黏附性堆積與自組裝結構的研究》是依託中國人民解放軍第四軍醫大學，由周曉華擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：細胞黏附性堆積與自組裝結構的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：周曉華
- 依託單位：中國人民解放軍第四軍醫大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
細胞堆積與自組裝結構的成因及物理特性是生物組織研究中的核心問題。研究表明細胞膜的曲率彈性能與黏附勢能之間的競爭決定了單體或少體細胞黏附結構的平衡形態。然而能否利用這一理論來解釋細胞是如何大量地黏附在一起形成生物組織的，目前還是一個未知問題。因此將建立在兩個細胞黏附基礎上的細胞黏附理論推廣到大量細胞黏附的過程中去，研究生物組織的力學性質和形成機理，具有重要的學術意義。本項目包括三個方面：(1) 將固體理物理中的點群理論引入到細胞堆積模式中，由其自由能極小化入手建立起相應的理論模型，通過求解平衡方程研究同種細胞的穩定堆積模式及力學行為；(2) 借鑑準晶理論，研究不同大小的同種細胞的黏附性堆積系統；(3) 模擬大量不同形態和不同種類細胞的堆積系統，尋找最穩定的結構，研究不同結構之間的相變過程。本研究將揭示細胞自組裝結構形成的物理機制及相關物理特性，其結果將可能在農業及醫療領域得到套用。
結題摘要
生物組織可被看作是由大量的細胞黏附性堆積形成的自組裝結構。研究此類結構的形成機制及物理特性，將揭示結構與功能之間的內在聯繫。其結果將有望在生物組織工程與再生醫學中得到套用。本項目利用生物膜曲率彈性能理論研究了細胞黏附性堆積系統，主要內容和結果如下： (1)研究了二維情況，細胞在兩塊平板間的黏附行為。首先在無體積約束時，得到了結構的失效強度參數。其次模擬計算了有體積約束時的平衡結構，得到的相圖表明其大部分區域都被不具有對稱性的形狀所占據。同時得到的力與板間距的關係與實驗結果相符。並揭示了細胞具有在黏附的作用下擠進狹窄的縫隙或管道的行為。(2)將固體理物理中的點群理論引入到細胞堆積模式中，研究了二維堆積結構。首先通過模擬計算獲得了多種典型多體系統的穩定結構。其次，在無體積約束時，研究了數種周期性黏附結構的平衡形態，獲得了組織的巨觀力學參數與細胞力學參數之間關係的解析表達式。最後，對有體積約束時的數種周期性結構進了模擬搜尋，獲得了穩定結構，並研究了典型結構之間的相變行為。這些結果與植物細胞的自組織結構一致。(3) 模擬研究了典型的細胞三維黏附結構。首先研究了無體積約束時的兩種典型形態，獲得了相應的穩定結構。其次，研究了紅細胞的黏附行為，典型參數下的計算表明穩定結構並不具有旋轉對稱性，這一結果與實驗現象一致。再次，研究了10個細胞構成的念珠狀黏附結構。發現體積增大會導致旋轉對稱形態轉變為 zig-zag形態。並得到了穩定的螺旋形結構。這些結果與鏈球菌和螺旋藻的形態一致。最後，首次利用細胞黏附模型研究了桔子形態的形成機制，所得結果與實驗一致。
