[发明专利]一种细胞三维力学加载装置

说明书

技术领域

本发明涉及细胞力学领域，具体涉及一种细胞三维力学加载装置。

背景技术

细胞力学的研究是一个比较活跃的领域.主要的兴趣点集中在力学信号是如何在细胞内部传导，以及细胞在力学信号作用下结构和功能的改变。机械应力在细胞生长、分化、凋亡以及基因表达等生理过程和某些病理过程(如心肌肥大、动脉粥样硬化等疾病)中起重要作用。细胞表面存在对应力敏感的受体，这些受体能将所感应的力信号通过细胞表面特殊的分子通道传递至胞内不同结构部件上，实现力化学转换，从而调节细胞的生理功能。

我们当前对细胞和细胞基质粘附的理解---细胞的表面结构调节细胞跟胞外基质(ECM)的粘附---是基于体外研究的结论粘附斑和其他的粘附结构，粘附斑是以整合素为基础的结构，产生细胞与基底强烈的粘附力，同时在细胞外基质和细胞质之间双向传导信息。粘附斑也是细胞拉伸的力学信号传导的主要途径。我们关于这些结构在细胞粘附、迁移、信号传导、细胞骨架功能的理解是来源于在二维基底拉伸的细胞或者组织，然而，三维的ECM被认为对细胞是很重要的，(参见Edna Cukierman，Roumen Pankov，Daron R.Stevens，Kenneth M.Yamada.Taking Cell-Matrix Adhesions to the Third Dimension.Science 294，1708(2001)1708-1712；)。因此，  在体内，相关组织细胞通过膜受体与胞外粘附分子粘附，这些粘附分子与胞外基质的胶原纤维连接，这些连接把应力应变传递给细胞.众所周知，细胞骨架在细胞内起力学传导的作用，细胞骨架通过整合素家族连接到胞外基质，而胞外基质是三维的结构。文献显示，生物体内所有的细胞均处于相当复杂的力学环境之中，就血管内皮细胞和血管平滑肌细胞而言不仅包括血液流动产生的剪切力、正压力，也包括由血压引起的周向张力和血管内部基质及其周围组织自身的张力和压力。因此，血管细胞受到动态的基底拉伸同时也受到了血管壁的压力或者是反弹力等[参见K.J.Gooch，C.J.Tennant.Mechanical forces：their effects on cells and tissues.First edition，New York，Springer-Verlag Berlin Heidelberg，1997，1-15，19-55，123-147]，同样，皮肤的角质细胞，成纤维细胞等是受到表面基底二维张力，同时也受到下层组织以及外界的拉伸或者是压缩作用的，因此细胞是处于三维力学环境中的[，参见Frederick H.Silver，Lorraine M.Siperko and Gurinder P.Seehar.Mechanobiology offorce transduction in dermaltissue.Skin Research and Technology 2003；9：3-23]。通常使用相关仪器和装置来模拟细胞的在体环境进行体外的细胞力学研究，为细胞的在体机理提供研究模型。典型的细胞加载模型是用可以变形的材料制成平面的膜来对细胞进行静态的或者是周期性的力学加载，在力学加载条件下，细胞显示不同的力学反应，包括细胞重新排列，细胞骨架重排，细胞增殖，基因表达，蛋白质合成，细胞迁移和细胞凋亡等。现在已经对各种类型的细胞的力学加载反应有了较好的认识。