Cell Shape and Durotaxis Follow from Mechanical Cell-Substrate Reciprocity and Focal Adhesion Dynamics: A Unifying Mathematical Model
许多动物细胞根据其培养基质的硬度改变其形状：它们在软ECM中呈现小而圆的形状，它们在更硬的ECM中伸长，并在硬基质上变平。细胞倾向于选择基质中较硬的部分，这种现象被称为硬旋转。这种对ECM力学的机械敏感性反应是理解机械线索对生物组织的调节的关键，因为它发生，例如，在血管生成和肌肉和肌腱中细胞排列的过程中。虽然已经确定机械细胞-ECM相互作用是由粘着斑介导的，粘着斑是将细胞骨架连接到基底的机械敏感性分子复合物，但是对于粘着斑的刚度依赖性动力学如何最终产生所观察到的基底刚度与细胞形状和细胞行为的相互依赖性知之甚少。在这里，我们表明，单焦点粘附，细胞收缩性和基板粘附力的机械敏感行为足以解释所观察到的刚度依赖性行为的细胞。我们引入了一个多尺度计算模型，该模型基于以下假设：（1）细胞通过FA向基底施加力;（2）FA由于这些力而生长和稳定;（3）在给定的时间间隔内，由于达到机械平衡所需的时间，FA在软基底上所经受的力低于在硬基底上所经受的力;以及（4）较小的FA比较大的FA更容易从衬底上拉出。我们的模型结合了细胞波茨模型的细胞与基板的有限元模型，并描述了每个FA使用微分方程。这些假设一起提供了一个统一的模型，细胞扩展，细胞伸长和硬旋转反应基板力学。
2019-06-21 cond-mat.soft math.DS physics.bio-ph
Laser patterned diamond electrodes for adhesion and proliferation of human mesenchymal stem cells
RMIT University（皇家墨尔本理工大学）；CSIR- National Physical Laboratory（印度标准研究院-国家物理实验室）；Academy of Scientific and Innovative Research (AcSIR)（科学与创新研究学院）；University of Melbourne（墨尔本大学）
本文提出一种单步激光图案化制备金刚石电极的方法，该电极具备优异电化学性能与生物相容性，能支持hMSCs的定向粘附与增殖，为干细胞治疗提供了多功能平台。
2024-07-28 physics.bio-ph
Reduced adhesion between cells and substrate confers selective advantage in bacterial colonies
在琼脂培养皿上培养的微生物菌落已成为研究空间扩展种群生物进化的模型系统。克隆分离和基因冲浪等过程已被证明受到微生物细胞及其环境之间相互作用的影响。在这项工作中，我们调查的机械相互作用，如细胞表面粘附的作用。我们比较了两株大肠杆菌。大肠杆菌：一种野生型菌株和一种对琼脂粘附较少的“剃毛”菌株。我们表明，剃光的菌株有一个选择性的优势，野生型：虽然两种菌株在液体培养基中以相同的速度增长，剃光的菌株产生的菌落，扩大更快的琼脂。当两种菌株竞争空间时，这使得剃毛菌株的生长超过野生型。我们假设，在一个更常见的情况下，选择性优势的结果，从增加的生长速度，更高的健身剃应变是由减少粘附和摩擦与琼脂表面。
2018-07-09 physics.bio-ph q-bio.PE
Contact inhibition of locomotion and mechanical cross-talk between cell-cell and cell-substrate adhesion determines the pattern of junctional tension in epithelial cell aggregates
我们生成了一个计算方法来分析上皮细胞聚集体的生物力学，无论是岛或条纹或整个单层，结合顶点和接触抑制运动模型，包括细胞-细胞和细胞-基质粘附。检查模型中细胞突起（粘附到基底）的分布预测了与先前实验观察到的细胞组织一致的高阶轮廓。细胞获得了一个不对称的分布，基底突起，牵引力和顶端的纵横比，减少从边缘移动到岛中心。我们的计算机模拟分析还表明，细胞-细胞连接处的张力和顶端应力在整个岛上并不均匀。相反，这些参数在岛中心较高，并随着岛的大小而增加，我们使用激光消融试验和免疫荧光实验证实了这一点。没有正式的三维模型，我们的方法有必要重现细胞力和机械串扰的分布，以及在上皮细胞聚集体内的细胞中的主应力分布的最小元素。通过实验可测试的预测，我们的方法将有利于上皮组织的力学分析，特别是当细胞-细胞和/或细胞-基质粘附的局部变化驱动集体细胞行为时。
2016-11-18 physics.bio-ph q-bio.CB q-bio.TO
Vesicle adhesion reveals novel universal relationships for biophysical characterization
粘附在从细胞运输到组织发育的各种生物功能中起着不可或缺的作用。因此，粘附强度的估计对于获得对这些现象的生物物理洞察变得重要。在这封信中，我们使用曲率弹性来呈现非直观的，但非常简单的，普遍的关系，捕获囊泡-底物相互作用。我们的研究表明，相反的高度，指数的接触面积，和所需的力从基板上分离的囊泡的粘附能的平方根线性变化。这些关系不仅提供了有效的策略，梳理出生物分子的粘附能，但也可以用来表征弹性仿生纳米粒子的物理性能。我们验证了建模预测与实验数据从以前的两项研究。
2016-04-29 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Polymorphism and bistability in adherent cells
通过细胞内力和与细胞外基质的粘附之间的相互作用来确定由粘附基质上的收缩细胞获得的最佳形状。我们将细胞建模为由弹性皮质约束的可收缩膜，并通过弹性链接连接到基底。当粘附位点连续分布时，最佳细胞形状受到粘附几何形状的约束，其中铺展面积敏感地取决于基底刚度和收缩张力。对于离散的粘附位点，平衡细胞形状在弱收缩性下是凸的，而在收缩性的中间值下发展局部凹的。当细胞的收缩性超过临界值时，细胞边界会发生不连续的转变，形成具有尖点和突起的星形结构，并伴随着双稳态和滞后现象。
2013-03-05 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Detachment of fluid membrane from substrate and vesiculation
利用无网格膜模拟方法研究了具有各向同性自发曲率的流体膜从平板基底上的分离动力学。膜从开口边缘脱离，导致囊泡形成。在强粘附的情况下，弯曲能和粘附能之间的竞争决定了脱离的自发曲率的最小值。相反，在弱粘附的情况下，由于膜的热波动，在较小的自发曲率处发生分离。当膜的部分被钉在基底上时，分离变得更慢，并且剩余的膜片形成直的或凹的膜边缘。边缘的起伏导致长条状和盘状斑块的囊泡形成。因此，仅对于短于用于变形成波纹的波长的膜条获得膜卷绕。这表明，观察到的钙$^{2+}$依赖性膜结合蛋白，膜联蛋白A3，A4，A5和A13的滚动，由蛋白质诱导的各向异性自发曲率的结果。
2019-09-22 cond-mat.soft physics.bio-ph
Motion of an Adhesive Gel in a Swelling Gradient: a Mechanism for Cell Locomotion
出于运动的线虫精子细胞，我们提出了一个模型的固体基板上的粘合剂凝胶的运动。凝胶在前缘聚合，在后部解聚。这种运动是由于自生的溶胀梯度与基底上的粘附力之间的竞争而产生的。由此产生的应力引起粘合点的破裂并允许运动。该模型预测了一种不寻常的力-速度关系，这种关系在很大程度上取决于力的施加点。
2003-03-10 physics.bio-ph
Chemotactic crawling of multivalent vesicles along ligand-density gradients
本研究设计基于脂质囊泡的人工细胞模型，通过DNA连接子实现多价黏附，实验与理论模型揭示运动方向性受结合强度和囊泡大小影响，为趋化性黏附生物物理及仿生运动系统提供设计规则。
2023-10-16 physics.bio-ph
Growth and shrinkage of tissue sheets on substrates: buds, buckles, and pores
本研究构建结合粒子组织生长与无网格膜的最小模型，模拟不同条件下组织片生长与收缩的多种形态动力学过程，相关结果可应用于黏附减弱组织的脱离动力学研究。
2024-10-18 cond-mat.soft physics.bio-ph
Phenomenlogical Modeling of Durotaxis
细胞在不同刚度的基质上表现出不同的性质。细胞在较硬的基底上更极化的事实促使我们构建具有依赖于基底刚度的粘着斑分布的二维细胞。这种分布影响细胞施加的力，从而决定其运动。我们的模型再现了实验观察到的持续时间是更高的刚性基板上。这种硬度依赖性持久性将导致硬旋转，即倾向于向更硬的基底移动。这种倾向的特点是硬旋转指数首次在实验中定义。我们推导并验证了与我们的模型相关联的二维Fokker-Planck方程。我们的方法强调了粘连灶排列在硬脊膜扩张中的可能作用。
2017-02-21 physics.bio-ph q-bio.CB
A Versatile Three Dimensional Traction Force Microscopy Framework for Uncovering the Mechanics of Bio-Adhesion
Queen Mary University of London（伦敦大学玛丽女王学院）；Northwestern Polytechnical University（西北工业大学）
本文提出一种多功能三维牵引力显微镜框架，用于研究生物粘附的力学特性，结合立体数字图像相关与有限元模拟，准确测量界面力分布并验证其有效性。
2026-01-08 cond-mat.mtrl-sci physics.bio-ph physics.ins-det
Epithelial-substrate coupling strength regulates the landscape of the traction in cohesive monolayers: a parametric study and a revisit to "size effect"
本研究通过热力学模型重新表述上皮-基底系统，发现耦合强度参数显著调控牵引力、细胞位移及黏着斑分布景观，并证明“尺寸效应”源于强耦合，提出其成立条件的标度律。
2023-05-08 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Supported Membranes on Chemically Structured and Rough Surfaces
我们提出了一个一般的线性响应描述膜粘附在粗糙或化学结构化的表面。我们的方法占非本地范德华效应，并包含更近似（和本地）Deryagin方法在一个简单的限制。专门支持膜，我们认为基板结构上的膜粘附能和配置的影响。对于粗糙的基材，粘附力通常不太有利，并且膜形状倾向于遵循表面轮廓。然而，化学图案化有利于膜结构与表面结构异相的粘附。最后，考虑到表面缩进的“V”形沟槽，我们表明，我们的方法是在公平的协议与精确的数值解。
2000-09-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Phase field model for cell spreading dynamics
我们提出了一个三维相场模型来描述三维细胞在平面基底上的铺展。该模型是在[1]中开发的极小模型的简化版本。我们的模型耦合的序参量$u$与三维极化（方向）矢量场$\textbf{P}$的肌动蛋白网络。我们推导出一个封闭的积分-微分方程的三维细胞铺展动力学在一个平坦的基板上，其中包括正常的速度的膜，曲率，体积弛豫率，由亚细胞水平的分子效应，和粘附效应确定的函数。这个方程很容易用数值方法求解。结果与文献[2]中实验观察到的早期快相一致。我们还发现了与普适幂律[3]的一致性，这表明细胞粘附或接触面积与时间的关系在细胞铺展动力学的早期阶段表现为$\sim t^{1/2}$，并在下一阶段减慢。
2021-06-24 physics.bio-ph
Tilt-induced clustering of cell adhesion proteins
本文提出细胞黏附蛋白通过感知膜形变梯度（倾斜诱导）自发形成盘状和线状聚集结构，理论结果与实验估计一致。
2023-07-07 cond-mat.soft physics.bio-ph
Cellular-scale mechanism of cell crawling responding to substrate stiffness
Kyushu University（九州大学）
研究通过机械化学模型揭示细胞迁移对基质刚度的非单调响应机制，发现最佳刚度和记忆效应影响迁移持久时间。
2026-05-08 cond-mat.soft physics.bio-ph
Proliferating Nematic That Collectively Senses an Anisotropic Substrate
University of California Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；Kavli Institute for Theoretical Physics, University of California Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校卡弗里理论物理研究所）；Yale University（耶鲁大学）
研究通过连续模型揭示了细胞在各向异性基底上集体对齐的机制，通过生长驱动和基底驱动的对齐竞争，实现最终堵塞状态的结构控制。
2026-01-04 cond-mat.soft physics.bio-ph
Contour models of cellular adhesion
在过去的二十年中，牵引力显微镜的发展创造了前所未有的机会，可以在活细胞粘附或爬行在均匀或微图案基底上时对活细胞进行直接机械测量。同时，这也创造了对一个理论框架的需求，该框架能够破译实验观察结果，揭示控制细胞与细胞外基质之间相互作用的复杂生物力学过程，并提供可测试的预测。细胞粘附的轮廓模型，代表了一个最简单的，但在这个问题上最有见地的方法。植根于活性物质的范例，这些模型允许明确地确定细胞边缘的形状，并计算所经历的基板的牵引力，从内部和外围收缩应力以及被动回复力和弯曲力矩内产生的肌动蛋白皮质和质膜。在这一章中，我提供了一个总体概述轮廓模型的细胞粘附和审查的具体情况下，细胞配备各向同性和各向异性肌动蛋白细胞骨架以及弯曲弹性的作用。
2019-10-23 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Modelling cellular spreading and emergence of motility in the presence of curved membrane proteins and active cytoskeleton forces
真核细胞在生物体的正常发育过程中粘附于细胞外基质，形成静态粘附以及在细胞运动期间。我们研究这个过程中，考虑一个简化的粗粒度模型的囊泡，具有均匀的粘附能与一个平面基板，移动弯曲的膜蛋白和主动力。我们发现，高浓度的弯曲蛋白单独增加的囊泡的扩展，通过弯曲蛋白在高曲率囊泡-基底接触线的自组织，从而减少在囊泡边缘的弯曲能量惩罚。这在低裸囊泡-基底粘附的状态中是最显著的。当这些弯曲的蛋白质诱导伸缩力时，代表肌动蛋白细胞骨架，我们发现有效的扩展，以片状伪足的形式。最后，发现相同的扩散机制包括产生能动表型所需的最小成分集。
2021-01-01 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Cell Motility Dependence on Adhesive Wetting
粘附性细胞-基质相互作用对于细胞运动性至关重要，并且负责推动细胞的必要牵引力。这些相互作用也可以改变细胞的形状，类似于在粘性基底上的液滴润湿。为了解决这些形状变化如何影响细胞迁移和细胞速度，我们使用细胞的可变形的2D横截面来模拟运动性，其中细胞和基底之间的粘附力和摩擦力可以分别变化。我们的模拟表明，增加粘附导致细胞的扩散增加和更大的细胞速度。我们提出了一个分析模型，该模型表明，细胞的速度是成反比的细胞的有效高度，增加这个高度的结果增加内部剪切应力。数值和分析结果证实了在运动的真核细胞的实验。
2019-02-04 physics.bio-ph q-bio.CB
A general model of focal adhesion orientation dynamics in response to static and cyclic stretch
理解细胞对机械力的反应对于许多生物过程来说是非常重要的。粘着斑是连接细胞与细胞外基质的多分子蛋白质组装体，在细胞机械传感中起着关键作用。在随时间变化的拉伸下，粘着斑动态地重新组织和重新定向，从而调节组织中细胞的反应。在这里，我提出了一个简单的理论模型的基础上，据我所知，一种新的方法，在理解拉伸敏感的债券协会和解离过程中，与弹性的细胞基质系统预测的增长，稳定性和定向的焦点粘连的存在下，静态以及周期性变化的拉伸。该模型与几个实验观察结果一致，最重要的是，它解释了令人困惑的观察结果的平行方向的局灶性粘连下静态拉伸和近垂直方向的快速变化的周期性拉伸。
2019-02-03 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.CB
Pull-off strength of mushroom-shaped fibrils adhered to rigid substrates
本研究采用Dugdale内聚力模型计算分析蘑菇状纤维在刚性基底上的脱离行为，发现宽薄帽结构能降低应力集中并促进中心脱离以增强粘附，而中心缺陷会显著降低拉脱强度，为优化仿生粘附剂提供了依据。
2025-06-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cs.CE
Modeling the Mechanosensitivity of Fast-Crawling Cells on Cyclically Stretched Substrates
细胞的机械敏感性决定了它们如何能够对从环境中接收到的机械信号做出反应，这对所有生物系统的功能至关重要。在实验中，放置在周期性拉伸的基板上的细胞已被证明在一个方向上重新取向，这不仅取决于细胞的类型，而且还取决于基板的机械性能，以及拉伸的幅度和速率。然而，负责这种重新排列的潜在生物化学和机械机制仍然没有完全理解。在这项研究中，我们引入了一个计算模型，用于在周期性拉伸的基板上快速爬行，该基板负责细胞形状和运动性的亚细胞过程，以及通过粘着斑与基板的耦合。特别是，我们专注于焦点粘附动力学的作用，并表明，循环拉伸下的重取向是强烈依赖于频率，已经观察到的实验。此外，我们表明，在加载和卸载阶段的拉伸，无论是来自细胞本身的响应，或从拉伸协议的不对称性，可以用来选择性地对齐细胞在平行或垂直方向。
2018-08-28 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Focal adhesion kinase - the reversible molecular mechanosensor
传感器是控制细胞对其环境的反应的途径的第一要素。在化学信号之后，下一个最重要的信号是机械信号，而能够对机械刺激产生或激活化学信号的蛋白质复合物被称为机械传感器。感测施加到细胞的外力或压力/张力与感测环境的机械刚度之间存在明显的区别。我们称第一种机械敏感性为第1类，第二种机械敏感性为第2类。蛋白质复合物有两种变体可作为第二类机械传感器：产生一次性或可逆作用。TGF- $β$的潜在复合物是一次性作用的一个实例：在释放活性TGF- $β$信号时，复合物被丢弃并需要被替换。与此相反，粘着斑激酶（FAK）与整合素的复合物是一种可逆的机械传感器，它启动其活性磷酸化构象的化学信号，但可以自发地返回到其封闭的折叠构象。本文以FAK为例，研究了第二类可逆力敏传感器的物理机制。我们发现构象的变化率取决于基板的刚度和细胞骨架施加的拉力。结果与不同基质上细胞的表型观察结果比较良好。
2017-02-02 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Active gel model for one-dimensional cell migration coupling actin flow and adhesion dynamics
该研究构建了耦合肌动蛋白流与动态黏附的一维细胞迁移最小活性凝胶模型，揭示了黏附负载分担致对称性破缺、中等黏附下迁移双稳态的机制，且状态切换规律与实验定性一致。
2024-07-09 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Computational model combined with in vitro experiments to analyse mechanotransduction during mesenchymal stem cell adhesion
干细胞在粘附过程结束时达到的形状影响其分化。细胞骨架的重排和细胞内张力的改变可以激活控制细胞定型的机械传导通路。在本研究中，机械信号参与细胞黏附计算在体外干细胞的不同形状的使用单细胞模型，所谓的细胞骨架划分介质（CDM）模型。在CDM模型中，丝状的细胞骨架和核骨架网络被表示为一个力学系统的多个拉伸和压缩的节点之间的相互作用，一个分开的介质。结果表明，随着细胞伸展，细胞内张力、粘着斑力和核变形均增加。该细胞模型还被实现来模拟细胞的粘附过程，该细胞通过发射丝状伪足和创建新的远距离粘着焦点而在蛋白质涂覆的基底上扩散。因此，细胞模型预测细胞骨架重组和加强在细胞扩散。本模型定量计算的某些元素的mechanotransduction的演变，并可能是一个强大的工具，了解细胞的机械生物学和设计生物材料的特定表面特性，以控制细胞黏附和分化。
2019-09-12 physics.bio-ph q-bio.CB q-bio.SC
Optimal shapes and stresses of adherent cells on patterned substrates
我们研究了二维粘附微图案化基底上粘附细胞的连续力学模型。细胞被建模为一个各向同性和均匀的弹性材料受到均匀的内部收缩应力。通过引入用于弯曲细胞边界的能量成本，将来自细胞周边处的皮质肌动蛋白束的张力的建立并入，从而导致对局部曲率变化的抵抗。基于整合素的粘附被建模为谐波弹簧，其将细胞钉在预定义几何形状的粘附贴片上。使用蒙特卡罗模拟和分析技术，我们调查的体积收缩性和皮质弯曲刚度在调节细胞形状的非粘附区域的竞争效应。我们发现，从凸到凹细胞边缘的交叉控制收缩应力和边界弯曲刚度之间的相互作用。特别是，细胞边界变得凹超过临界值的收缩应力，这是成比例的皮质弯曲刚度。此外，细胞内的应力主要集中在凹边的细胞。该模型可用于生成每个特定粘附几何形状的细胞形状相图。
2013-12-24 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Interaction of Epithelial Cells with Surfaces and Surfaces Decorated by Molecules
对活细胞和基底材料之间界面的详细了解在医学、生物学和生物技术的许多领域中越来越重要。界面处的细胞通常形成上皮。它们形成的物理屏障是它们的主要功能之一。它由形成细胞骨架系统的网络的性质和细胞与细胞的接触所支配。具有不同表面性质的不同基底改变细胞的迁移速度。一方面，可以改变材料的组成。有机和无机材料在相同的细胞系统中诱导不同的迁移速度。在同一类材料中，表面刚度或表面能的变化也会改变迁移速度。对于我们的细胞粘附研究，使用了各种不同的均质基质（聚合物、生物聚合物、金属、氧化物）。此外，一种有效的光刻方法，聚合物共混光刻（PBL），报告，以产生图案化的自组装单分子层（SAM）的固体基板上具有两个或三个不同的化学功能。这一点，我们实现不使用传统的光刻，如电子束或紫外光刻，只有通过使用自组织。这些表面用特氟隆样和氨基官能化分子层装饰。由此产生的图案是先前创建的自组织聚合物图案的副本，其特征在于在低于100纳米的亚微米范围内的可扩展的横向域尺寸。所得到的单层图案具有高的化学和生物功能对比度，其特征尺寸在细胞粘附复合物的范围内，例如粘着斑。
2013-03-02 cond-mat.soft physics.bio-ph
Contractile stresses in cohesive cell layers on finite-thickness substrates
使用一个极小模型的细胞或粘性细胞层作为连续主动弹性介质，我们研究了基板厚度和刚度的影响所施加的牵引力强烈粘附细胞。我们得到一个简单的表达式的长度尺度控制应力的空间变化的细胞和基板参数，描述了薄和厚基板之间的交叉限制。我们的模型是一个统一的理论描述的依赖牵引力的细胞或菌落大小，acto-myosin收缩性，基板的深度和刚度，和强度的焦点粘连，并使实验可检验的预测的重要一步。
2012-07-18 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Stick-Slip model for actin-driven cell protrusions, cell polarisation and crawling
细胞爬行需要由细胞骨架产生胞内力，并通过特异性粘附分子将其传递到细胞外基质。爬行细胞显示出可兴奋系统的许多特征，例如自发对称性破缺和在没有外部线索的情况下爬行，以及活动的周期性和传播波。机械不稳定性的活性细胞骨架网络和反馈回路的生化网络的激活剂和抑制剂的细胞骨架动力学已被调用来解释这些动力学特征。在这里，我们表明，细胞-基质粘附和线性细胞力学的动态之间的相互作用是足够的复制许多非线性动态模式中观察到的蔓延和爬行细胞。使用的分析形式主义的分子离合器模型的细胞粘附，调节局部机械力，我们表明，细胞的牵引力表现出粘滑动力学导致周期性波的突起/回缩和传播波沿细胞边缘。这可以解释自发对称性破缺和扩散细胞的极化，导致稳定的爬行或双足运动，以及双稳态，其中持续的细胞运动需要足够强的瞬时外部刺激。该模型还强调了膜张力在提供对称性破缺所需的跨细胞的长距离机械通信中的作用。
2020-05-29 physics.bio-ph q-bio.CB
Physics of adherent cells
细胞黏附到外表面的最独特的物理特征之一是在细胞-材料界面处主动产生机械力。这包括由可收缩的聚合物束和网络产生的拉力，以及由聚合物网络的聚合产生的推力。这些力主要通过粘着斑传递到基底，粘着斑是大的但高度动态的粘着簇。组织细胞利用这些力来感知环境的物理特性，并相互交流。力的作用与细胞的材料特性及其物理环境有着错综复杂的联系。本文从理论软物质物理的角度，结合相关实验，综述了力在细胞黏附中的作用的研究进展。
2013-09-09 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Receptor-Mediated Endocytosis of a Cylindrical Nanoparticle in the Presence of Cytoskeleton Substrate
细胞对颗粒的内化对于吸收营养和抵抗感染起着至关重要的作用。内吞作用是颗粒物摄取的重要机制之一，它包括多种途径。虽然内吞作用是一个复杂的机制，涉及生物化学信号和主动力的产生，能量的成本与包裹在外来颗粒周围的细胞膜的大变形是一个重要的因素控制这个过程，这可以使用定量物理模型进行研究。特别令人感兴趣的是膜-细胞骨架和膜-靶粘附之间的竞争。在这里，我们探讨了一个长圆柱形物体周围的脂质膜的包装在模仿细胞骨架的基板的存在下。使用离散化的Helfrich弹性能量，占膜的弯曲刚度和表面张力，我们得到一个包装相图作为一个功能的膜细胞骨架和膜靶粘附能，包括未包装，部分包装和完全包装状态。我们提供了一个分析表达式的不同制度之间的边界。虽然向部分包裹的过渡与膜张力无关，但向完全包裹的过渡受膜张力的影响很大。我们还表明，目标包装可能会进行在一个不对称的方式在全包装制度。
2019-03-17 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.QM
Coupling of cytoplasm and adhesion dynamics determines cell polarization and locomotion
观察单一表皮细胞的平面粘合剂基板上揭示了两种不同的形态和功能状态，即非迁移对称非极化状态和迁移非对称极化状态。这些状态的特征在于重要的生化细胞成分的不同空间分布和动力学：F-肌动蛋白和肌球蛋白-II形成细胞骨架的收缩部分，质膜中的整合素受体将F-肌动蛋白丝连接到基质。以这种方式，聚集粘着斑复合物，其决定细胞骨架力转导和随后的细胞运动。到目前为止，物理模型已经将这种现象归结为调节控制分子的梯度或细胞不同区域肌动蛋白丝系统的不同机制。在这里，我们提供了一个替代和自组织模型，结合聚合，推动和滑动的细丝，以及形成的粘附位点和它们的力依赖动力学。所有这些现象可以组合成一个非线性耦合的双曲型、抛物型和椭圆型微分方程组。本文的目的是展示参与分子的小尺度力学和动力学的相对简单的关系如何在大尺度细胞水平上再现极化和迁移的涌现行为。
2010-04-13 physics.bio-ph q-bio.CB
Mean encounter times for cell adhesion in hydrodynamic flow: analytical progress by dimensional reduction
对于在壁上方的流体动力学流动中移动的细胞，平移和旋转自由度由Stokes方程耦合。此外，由于位置相关的迁移率，存在对流和扩散的紧密耦合。这些偶联使得计算细胞表面受体和基质上的配体之间的平均相遇时间非常困难。在这里，我们展示了一个二维模型系统如何分析的进展，可以通过治疗运动在垂直方向上的一个有效的反应项的平均第一通过时间方程的旋转自由度。该反应项的强度可以从平衡考虑估计或用作拟合参数。我们的分析结果证实了计算机模拟，并允许评估对流和扩散的相对作用不同的标度制度的利益。
2008-06-27 physics.bio-ph q-bio.CB q-bio.SC
