Curvature instability of an active gel growing on a wavy membrane
本文建立耦合黏性活性肌动蛋白凝胶、膜变形与曲率敏感成核因子募集的理论模型，揭示曲率反馈可使膜线性失稳并自发形成细胞突起。
2025-10-20 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Pearling instability of membrane tubes driven by curved proteins and actin polymerization
活细胞内的膜变形对于各种细胞内细胞器的正确成形至关重要，并且在允许膜再循环和运输（例如内吞作用）的裂变/融合过程中是必需的。诱导膜曲率的蛋白质在这些过程中起着关键作用，主要是通过吸附到膜上并形成支架，根据蛋白质的曲率使膜变形。在本文中，我们探讨的可能性，膜管不稳定，通过珍珠机制，使吸附的弯曲蛋白质和肌动蛋白聚合，他们可能会招募的综合影响。珠状不稳定性还可以作为管分裂成囊泡的起始。我们发现，吸附的蛋白质更有可能稳定的管，而肌动蛋白聚合可以提供额外的收缩力所需的强大的不稳定性。我们讨论的相关性的理论结果，在体内和体外实验。
2014-09-26 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Three-dimensional phase field model for actin-based cell membrane dynamics
研究了浸没在三维细胞外基质中的三维细胞的界面动力学。我们建议一个已知的2D最小相位场模型的3D推广建议在[1]中的角膜细胞运动的描述。我们的模型由两个耦合的序参量和一个三维矢量场描述肌动蛋白网络的极化（方向）的演化方程。我们推导出一个封闭的演化积分微分方程的界面动力学的三维细胞。该方程包括膜的法向速度、膜的曲率、细胞体积松弛以及由细胞骨架中的非平衡效应确定的参数。该方程可以被认为是在[2]中导出的2D情况的3D推广。
2021-06-03 physics.bio-ph
Actin filaments growing against an elastic membrane: Effect of membrane tension
我们研究了一组平行的肌动蛋白丝对弹性膜生长的力产生。弹性膜试图保持平坦，并且由热波动或由于长丝施加的膨胀聚合力引起的从该平坦状态的任何变形都消耗能量。我们研究了两个格子模型来描述膜动力学。在一种情况下，假设能量成本与高度梯度的绝对大小成比例（梯度模型），而在另一种情况下，能量成本与高度梯度的平方成比例（高斯模型）。对于梯度模型，我们发现膜速度是弹性常数$μ$的非单调函数，并在$μ=μ^\ast$处达到峰值。对于$μ< μ^\ast$，系统不能达到稳定状态，并且膜能量随时间持续增加。对于高斯模型，该系统总是达到一个稳定的状态和膜速度单调递减的弹性常数$ν$的所有非零值的$ν$。多个细丝在膜的不同区域处产生突起，并且膜的弹性在高斯模型中引起两个突起之间的有效吸引，这导致突起合并并且在系统中存在单个宽突起。在这两种模型中，膜动力学和纤维动力学之间的相对时间尺度在决定弹性-速度曲线的形状是凹的还是凸的方面起着重要的作用。我们的数值模拟与我们的分析计算相当吻合。
2018-03-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Pattern formation, localized and running pulsation on active spherical membranes
肌动蛋白-肌球蛋白皮质与细胞膜偶联产生的主动力允许细胞变形，对环境做出反应，并介导细胞运动和分裂。几种膜结合的激活蛋白沿着它移动，并耦合到膜曲率。此外，它们还可以作为丝状肌动蛋白生长的成核位点。肌动蛋白聚合可以在膜上产生局部向外的推力。来自收缩性肌动球蛋白皮质的向内拉力可以通过肌动蛋白丝沿着膜传播。我们使用场的耦合演化来进行线性稳定性分析和数值计算。由于活性克服了诸如表面张力和抗弯刚度的稳定因素，球形膜显示出朝向斑图形成、局部脉动和极间运行脉动的不稳定性。我们提出我们的结果在相图和耦合场的演化。它们与活细胞相关，并且可以在人工细胞样构建体的实验中得到验证。
2021-09-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
A minimal model of plasma membrane heterogeneity requires coupling cortical actin to criticality
我们提出了一个最小的质膜异质性模型，结合关键性与皮层细胞骨架的连接。我们的模型的动机是最近观察到的细胞膜囊泡，从他们的皮层细胞骨架脱离微米级的临界波动。我们将关键性使用一个保守的顺序参数伊辛模型耦合到一个简单的肌动蛋白细胞骨架相互作用，通过点样钉扎位点。使用这个最小的模型，我们概括了几个实验观察质膜筏异质性。在生理温度下的小的（r~ 20 nm）和动态波动来自临界。包括与皮层细胞骨架的连接性破坏了大的波动，防止了低温（T<=22°C）下的宏观相分离，并为生理温度（T=37°C）下的长期波动提供了模板。Cytokinon稳定的波动产生显着的障碍，一些膜组件的扩散的方式是弱依赖于钉扎位点的数量和强烈依赖于临界性。更一般地说，我们表明，临界波动提供了一个物理机制，组织和空间隔离膜组件提供通道的相互作用在很大的距离。
2010-09-10 cond-mat.dis-nn physics.bio-ph q-bio.SC
Bilayer membranes in micro-fluidics: from gel emulsions to soft functional devices
我们概述了自组装软物质设备的概念，基于微流体，它使用表面活性剂双层膜作为其主要的建筑模块，逮捕在几何结构提供的自顶向下光刻。当合适的油包水乳液以高分散相体积分数被迫进入微流体通道时，膜自发形成。即使在通过微流体通道系统泵送时，它们也非常稳定。它们的几何排列是自组装的，由界面能和润湿力驱动。因此出现的有序膜阵列可以装载两亲性功能分子、离子通道，或者利用其独特的物理性质直接使用。对于湿电子电路，水液滴然后用作“焊点”。此外，膜可以用作在相邻液滴中发生的化学过程之间的良好控制的耦合介质。这是众所周知的Belousov-Zhabotinski反应。合适的通道几何形状可用于以受控的方式（重新）排列液滴，从而通过仅使乳液移动通过装置来（重新）排列其内容物。因此，以自组装但良好控制的方式从分子大小的组件中构建复杂的设备似乎是可行的。
2010-08-11 cond-mat.soft physics.bio-ph
Actin driven morphogenesis in hydra
本研究通过粘弹性膜模型与非平衡模拟，探究水螅触手生长中肌动蛋白向列排列及拓扑缺陷的作用，提出主动聚合与膜流动性是管状触手生长的关键机制。
2025-09-10 cond-mat.soft physics.bio-ph
Endocytic proteins drive vesicle growth via instability in high membrane tension environment
网格蛋白介导的内吞作用（CME）是通过膜囊泡将货物转运到细胞中的关键途径。它在营养输入、信号转导、神经传递和病原体和载药纳米颗粒的细胞进入中起着不可或缺的作用。由于CME需要质膜的大量局部重塑，膜张力的存在提供了对弯曲的抵抗力，因此，囊泡形成。实验表明，在这样的高张力条件下，肌动蛋白动力学是成功进行CME所必需的。在这项研究中，我们建立在这些开创性的实验研究，提供基本的机制洞察的作用，两个关键的内吞蛋白，即肌动蛋白和BAR蛋白在驱动囊泡形成在高膜张力环境。我们的研究揭示了一种新的肌动蛋白力诱导的“快速通过不稳定性”，触发了一个快速的形状转变，从浅内陷到高度内陷的管状结构。我们发现，BAR蛋白的协会稳定囊泡，并诱导一个温和的不稳定。此外，我们提出了一个新的违反直觉的作用BAR解聚调节囊泡的形状演变。我们表明，BAR蛋白的解离，支持肌动蛋白BAR协同作用，导致相当大的伸长和挤压的囊泡。超越膜的几何形状，我们提出了一个新的压力为基础的观点的发病囊泡断裂和预测的形状和组成分离囊泡。我们提出的管理单元通过过渡和高面内应力作为可能的解释有趣的直接转化的广泛和浅的内陷到分离的囊泡在BAR突变酵母细胞。
2015-02-14 physics.bio-ph q-bio.SC
Toroidal membrane vesicles in spherical confinement
我们研究了球形容器内环形流体膜囊泡的形态。在几何相图中组装的平衡形状的缩放面积和减少的膜的体积的函数。对于小面积的囊泡可以采用其自由形式。当增加面积时，膜不能避免接触并且沿着圆形接触线接触限制球，该圆形接触线延伸到更大面积的接触区。的平衡形状的弹性能量进行比较，他们的局限对应的球形拓扑结构，以预测在何种条件下的拓扑结构的变化是有利的大力。
2015-09-02 cond-mat.soft physics.bio-ph
Structures and pathways for clathrin self-assembly in the bulk and on membranes
我们提出了一个粗粒度的网格蛋白模型，这是足够简单的计算上容易处理，但包括关键观察到的定性特征：一个三重离子结构与腿之间的排除体积;组装的多形态笼在散装;形成芽的膜。我们调查组装我们的模型，使用蒙特卡罗模拟和分子动力学与流体动力学相互作用，在后者采用一种新的膜边界条件。在本体中，组装了一系列已知的网格蛋白结构。一个膜出芽途径涉及多个小集群的合并被确定。
2014-11-16 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Active emulsions in living cell membranes driven by contractile stresses and transbilayer coupling
细胞表面蛋白质和脂质的时空组织对信号传导、分选和内吞作用具有直接的功能性后果。早期的研究表明，多种类型的膜蛋白，包括具有细胞质肌动蛋白结合能力的跨膜蛋白和脂质束缚的GPI锚定蛋白（GPI-AP），形成由肌动蛋白皮质产生的主动收缩流驱动的纳米级簇。为了深入了解脂质在活细胞中组织膜结构域的作用，我们研究了促进GPI-AP和跨膜蛋白的积极生成的纳米簇的分子相互作用。这激发了理论描述，其中主动收缩应力和跨双层耦合的组合驱动活性乳液、GPI-AP和脂质的中尺度液体有序（lo）域在大于平衡脂质相分离的温度下的产生。为了测试这些想法，我们使用空间成像的homo-FRET结合本地膜秩序，并证明介观域丰富的GPI-AP的纳米簇保持皮层肌动蛋白活性和transbilayer相互作用，并表现出显着的脂质秩序，与预测的活性复合模型一致。
2022-04-03 cond-mat.soft physics.bio-ph
Pattern formation and the mechanics of a motor-driven filamentous system confined by rigid membranes
本文利用粗粒化分子动力学模型，揭示了耗尽力与马达主动力竞争导致肌动蛋白在刚性膜附近积累并形成高阶结构，且该现象具有普适性。
2023-04-11 cond-mat.soft physics.bio-ph
Computer Simulation of Cytoskeleton-Induced Blebbing in Lipid Membranes
水泡是在许多生理过程中形成的气球状膜突起。利用计算机模拟的一个基于粒子的模型耦合到一个弹性网络的自组装脂质双层，我们研究的相行为和动力学的气泡。我们发现，气泡的形式为大值的双分子层和细胞骨架的面积之间的比率。我们还发现，当细胞骨架受到局部消融或均匀压缩时，可以诱导起泡。所获得的结果与实验证据定性一致，该模型开辟了详细研究水泡形成动力学的可能性。
2011-10-25 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Activating membranes
我们提出了一个一般的动态理论的膜耦合到肌动蛋白皮质含有聚合丝与积极的应力和电流，并证明了积极的膜动力学[物理评论快报\textbf{84}，3494（2000）]和自发的形状振荡出现从这个描述。我们还考虑了膜的不稳定性和图案诱导的存在下，极取向的相关性在膜的切平面的细丝。我们预测的动力学特征应该在各种细胞环境中看到，包括膜-细胞骨架复合物和细胞骨架提取物与合成囊泡的动力学。
2014-05-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Spatial Organization of the Cytoskeleton enhances Cargo Delivery to Specific Target Areas on the Plasma Membrane of Spherical Cells
细胞内转运对于细胞的正常功能和存活至关重要。货物（蛋白质、囊泡、细胞器等）通过分子马达辅助的沿细胞骨架丝的运输从其产生位置转移到其靶位置。运输效率受到细胞骨架的空间组织的强烈影响，细胞骨架构成了一个不均匀的复杂网络。在具有中心体的细胞中，微管从中心微管组织中心向细胞周边呈放射状生长，而肌动蛋白丝在细胞膜下形成密集的网状结构，即肌动蛋白皮质，具有广泛的取向范围。由于拥挤的细胞质中的分离和再附着过程的收缩交叉节点或周期，沿着细丝的新兴弹道运动经常被中断。为了研究由细胞骨架的特定空间组织建立的搜索策略的效率，我们制定了一个具有间歇性逮捕状态的随机速度模型。通过大量的计算机模拟，我们分析了窄逃逸问题的平均首次通过时间对细胞骨架的结构特征，运动特性和在每个状态下花费的时间分数的依赖性。我们发现，一个不均匀的架构与一个小宽度的肌动蛋白皮层构成了一个有效的细胞内搜索策略。
2016-11-16 physics.bio-ph q-bio.SC
Can amphiphile architecture directly control vesicle size?
由简单两亲分子在溶液中自组装的双层膜总是具有平面基态形状。这是膜的几种内部弛豫机制的结果，并阻止了囊泡大小的直接控制。在这里，我们表明，这一原则是可以规避的，通过分子设计直接控制大小是一个现实的可能性。使用粗粒度的计算，我们设计的四嵌段共聚物，形成一个优选的曲率膜，并演示了如何形成低多分散性囊泡，同时抑制胶束化。
2013-01-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Dendritic Actin Filament Nucleation Causes Traveling Waves and Patches
肌动蛋白的聚合通过在细胞膜上含有成核促进因子的分支模拟使用随机增长的方法。聚合的肌动蛋白分布显示三种类型的行为：a）行波，b）移动的补丁，和c）随机波动。增加肌动蛋白浓度导致从斑块到波的转变。波和斑块通过不需要肌球蛋白II的螺旋研磨机制移动。关键蛋白的下调对肌动蛋白波行为的影响进行了评估。
2010-05-28 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Stratification, multivalency and turnover of the active cortical machinery are required for steady active contractile flows at the cell surface
许多与肌动蛋白结合的细胞膜蛋白在细胞皮层的肌动球蛋白机制产生的收缩流的驱动下形成动态簇。最近的证据表明，在膜上产生这些蛋白质簇的必要条件是皮层内的活性剂-formin-有核肌动蛋白、肌球蛋白-II微丝和ARP 2/3-有核肌动蛋白网的分层组织。此外，观察到这些集群动态重塑，需要这个活跃的机器的组件进行营业额。在这里，我们开发了一个粗粒度的代理为基础的布朗动力学模拟，结合分层的影响，肌球蛋白微丝多个肌动蛋白丝和他们的营业额。我们发现，这三个功能的积极皮质机械分层，多价性和营业额-是实现的非平衡稳态特征在于收缩流和动态取向图案的关键。我们表明，这种非平衡稳态使上述功能的皮质，可以促进多粒子遇到的膜蛋白，深刻地影响在细胞表面的双分子反应的动力学。
2021-05-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Mechanical properties of branched actin filaments
细胞在二维基底上移动，通过在平坦的膜突起内聚合肌动蛋白丝网络来产生运动。新的细丝是通过将现有的细丝分支而产生的，从而产生分支网络结构。我们研究了分支细丝的力-延伸关系，这些细丝一端嫁接在弹性结构上，并用自由端推压前缘细胞膜。单丝被建模为蠕虫状链，其热弯曲波动受到前缘细胞膜的限制，从而产生有效力。分支可以显著增加刚度;然而，效果取决于分支点位置和长丝取向，对于中间倾斜角和中间分支点位置最明显。我们描述了没有交联剂的细丝网络，专注于分支的影响。我们使用随机定位的分支点，如在铣削过程中产生的，和在片状伪足中测量的取向分布。这些网络再现了在力-速度实验中测得的板状伪足的弱力和强力响应。我们比较了分支和无分支网络的性质。每个支化长丝的力的网络平均值与每个未支化长丝的平均力的比率取决于长丝的取向分布。该比率表现出压缩依赖性，并且在具有窄取向分布的网络中可高达约4.5。与取向分布测量片伪足，它是约2和基本上独立于网络压缩，移植弹性和长丝持久长度。
2015-06-26 physics.bio-ph q-bio.SC
Simulations of living filaments
我们提出了一个混合的分子动力学/多粒子碰撞动力学模型来模拟一组自组装的半柔性纤维和自由单体。此外，我们引入了一个Monte-Carlo计划来处理单个单体的添加（聚合）或去除（解聚），满足适当的统计力学框架内的细致平衡条件。这种基于蠕虫状链的细丝模型旨在表示两端具有不同反应速率的平衡聚合物，例如在不存在ATP水解和其他蛋白质的情况下自组装的ADP-肌动蛋白细丝。我们报道了平衡轨道上的细丝长度分布和相应的动力学涨落。潜在的概括这种方法，包括不可逆的步骤，如ATP-肌动蛋白水解进行了讨论。
2012-02-28 cond-mat.soft physics.bio-ph
Controlling the shape and topology of two-component colloidal membranes
自组装膜的几何形状和拓扑结构的变化是细胞生物学和工程学中各种过程的基础。与脂质双层类似，单层胶体膜具有面内流体样动力学和面外弯曲弹性。它们的开放边缘和微米长度尺度提供了一个易于处理的系统，以研究膜组装和重构的平衡能量学和动态途径。在这里，我们发现，掺杂胶体膜与短混溶棒转换盘形膜成鞍形表面与复杂的边缘结构。鞍形膜很好地近似Enneper的极小曲面。理论模拟表明，它们的形成是由增加正高斯模量，这反过来又控制的短棒的分数驱动。鞍形表面的进一步聚结导致各种拓扑上不同的结构，包括悬链、三点、四点和更高阶的结构。在长时间尺度上，我们观察到一个系统跨越，海绵状阶段的形成。胶体膜的独特特征揭示了实时伴随聚结途径的拓扑变换。我们通过使它们的形状对外部刺激做出反应来增强这些膜的功能。我们的研究结果展示了一种控制薄弹性片形状和拓扑结构的新途径--一种由成分不均匀性引起的涌现弹性驱动的途径。
2022-03-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
The role of traction in membrane curvature generation
生物膜中的曲率可以由多种不同的分子机制产生，例如蛋白质支架、脂质或蛋白质不对称性、细胞骨架力等。这些机制具有在双层上产生应力的净效应，所述应力被转化为膜的不同最终形状。我们建议通过使用弯曲膜的形状来推断物理量，如作用在双层上的作用力的大小，从而反转这种输入-输出关系。为此，我们使用膜的已知材料特性及其形状计算沿膜的法向和切向牵引力。这些牵引力是膜对外力或自发弯曲源的响应的定量测量。我们证明了这种方法的实用性，首先通过显示，施加的力的大小可以推断出单独的膜的形状在模拟和实验的膜tuberos。接下来，我们表明，膜出芽的自发曲率的局部差异纯粹是由径向方向上的牵引力的产生和这些区域的边界处的有效线张力的出现驱动的。最后，我们表明，进行这种计算的图像相分离的巨囊泡产生类似的线张力实验确定的值。
2017-06-29 physics.bio-ph
flippy: User friendly and open source framework for lipid membrane simulations
动物细胞被脂质双层膜包裹和细分。除了作为边界外，这些膜的形状还影响细胞及其隔室的功能。物理上，膜是具有复杂弹性行为的二维流体，这使得除了少数简单情况之外，不可能通过分析预测膜形状。相反，生物膜的形状和行为可以通过模拟来确定。然而，这种模拟的设置和使用需要大量的编程背景。开源和用户友好的软件包，用于模拟生物膜的可用性需要改进。在这里，我们提出flippy，一个开源软件包，用于模拟脂质膜的形状，它们与蛋白质或外部颗粒的相互作用，以及外力的影响。我们的目标是提供一个易于使用的工具，而不牺牲性能或多功能性。Flippy是动态三角形膜的实现。我们使用一个精确而快速的算法来计算膜的几何性质，也可以考虑局部自发曲率，这是一个并非所有离散化都允许的特征。最后，在flippy中，我们还可以包括纯弹性（非流体）膜的区域，从而探索生命系统中遇到的各种形状。
2023-03-22 cond-mat.soft physics.bio-ph
Conformation of self-assembled porphyrin dimers in liposome vesicles by phase-modulation 2D fluorescence spectroscopy
通过将相位调制荧光方法应用于二维电子光谱，我们研究了嵌入磷脂双层膜中的卟啉二聚体的构象依赖的激子耦合。我们的测量指定的相对角度和相互作用的电子跃迁偶极矩之间的分离，从而提供了一个详细的二聚体构象的表征。相位调制二维荧光光谱（PM-2D FS）产生具有不同光学特征的二维光谱，类似于使用二维光子回波光谱（2D PE）获得的光谱。具体而言，我们研究了镁meso四苯基卟啉二聚体，它形成在1，2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱脂质体的两亲性区域。实验和模拟光谱之间的比较表明，虽然可以推断出的线性吸收光谱或二维光谱单独的二聚体构象的范围很广，考虑这两种类型的光谱约束的可能结构的“T形”的几何形状。这些实验建立了PM-2D FS方法作为一种有效的方法来阐明发色团二聚体构象。
2011-08-01 physics.bio-ph physics.chem-ph
Nanoscale membrane budding induced by CTxB on quasi-one component lipid bilayers detected by polarized localization microscopy
对于内吞作用和胞吐作用，膜通过脂质、蛋白质和碳水化合物的纳米级重组在平面、出芽和囊泡形貌之间转变。然而，以前试图了解纳米级弯曲的初始阶段受到实验分辨率的限制。通过偏光定位显微镜（PLM）的实施，这篇手稿报告的固有膜弯曲能力的霍乱毒素亚基B（CTxB）在准一个组件支持的脂质双层。膜芽首先以<50 nm半径检测到，生长至>200 nm半径，并延伸成更长的小管，依赖于膜张力和CTxB浓度。与平面支撑的脂质双层的浓度相比，CTxB在纳米级膜芽的正曲率顶部上多集中10倍，在负高斯曲率颈部上多集中25倍。这一发现通过将CTxB聚集和扩散与CTxB诱导的膜弯曲相关联来阐明先前的观察结果。CTxB经常被用作液体有序脂质相的标记物;然而，CTxB和膜弯曲之间的耦合提供了对CTxB诱导的膜重组的另一种理解。对脂质和CTxB进行单颗粒追踪，以揭示单分子扩散、CTxB蓄积和膜形貌之间的相关性。在纳米级芽位置观察到脂质和CTxB扩散减慢，表明膜弯曲时膜粘度或分子拥挤局部增加。这些结果表明，固有的CTxB诱导的膜弯曲作为一种机制，启动CTxB内化的细胞，最初是独立的网格蛋白，小窝蛋白，肌动蛋白，和脂质相分离。
2017-03-30 physics.bio-ph
The cuttlefish Sepia officinalis (Sepiidae, Cephalopoda) constructs cuttlebone from a liquid-crystal precursor
乌贼骨是乌贼复杂的浮力装置，由大量的叠加腔室组成，这些腔室具有复杂的钙化柱和有机膜的内部排列。目前尚不清楚这一结构是如何组装的。我们发现，这些膜是由最初填充整个腔室的无数小膜形成的，这些小膜由纳米纤维制成，纳米纤维在每个膜内均匀取向，并相对于相邻膜的纳米纤维略微旋转，从而产生螺旋排列。我们认为，生物体分泌的几丁质蛋白质复合物，自组织层一层一层的胆甾相液晶，而柱是由粘性指。液体结晶机制使我们能够同源的元素，乌贼骨与其他coleoids和nacraphic隔膜和鹦鹉螺的外壳。这些结果挑战了我们对这种超轻天然材料具有理想的机械，结构和生物特性的看法，这表明两个自组织物理原理足以理解它的形成。
2015-06-27 cond-mat.mtrl-sci nlin.AO physics.bio-ph
High-density single-molecule maps reveal transient membrane receptor interactions within a dynamically varying environment
本文提出 HiDenMap 高密度单分子图谱方法，以纳米精度和毫秒分辨率解析活细胞膜蛋白与动态肌动蛋白环境的瞬时相互作用，并揭示 CD44 的瞬态捕获与纳米簇重塑。
2023-07-14 physics.bio-ph q-bio.QM q-bio.SC
Current rectification via Photosystem I monolayers induced by their orientation on hydrophilic self-assembled monolayers on titanium nitride
本研究利用带亲水端基的有机膦酸盐自组装分子在超平氮化钛上固定取向特定的PSI单层膜，测得最高约200的电流整流比，验证了基于蛋白内部电偶极子的整流机制，该自下而上制备方法可为PSI的光电子等研究提供支撑。
2024-08-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
Self-assembled aggregates in the gravitational field: growth and nematic order
本文重点研究了引力场对线性骨料可逆组装和拆卸过程的影响。甚至地球的引力场也能影响重的生物聚集体如微管或肌动蛋白丝的平衡性质。重力产生浓度梯度，导致不同长度的骨料随高度分布。足够强的引力场诱导聚集体的整体生长。引力场促进了从各向同性到双相相变的转变，并在更宽的转变区域内得到反映。共存相具有明显不同的长度分布，并且相变代表了各向同性相的生长和沉淀成单相之间的相互作用。超离心力中的场只能加强重力的作用，因此本说明书可以应用于更广泛的系统。
2003-09-09 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.space-ph
Spontaneous formation of chaotic protrusions in a polymerizing active gel layer
肌动蛋白皮层是动物细胞外膜下的一层薄薄的肌动蛋白丝和肌球蛋白马达。它决定了细胞的力学性质并形成重要的形态结构。皮质作为收缩活性凝胶的物理描述表明，这些结构可能是动态不稳定性的结果。然而，在这些分析中，皮质被描述为二维层。在这里，我们表明，皮质的动力学是定性的不同时，考虑到在垂直于膜的方向上的凝胶通量。特别是，各向同性皮质然后是稳定的任意大的主动应力。如果横向收缩力超过垂直收缩力，则系统可以形成具有明显混沌动力学的突起或突起的周期性静态图案。
2019-04-18 physics.bio-ph q-bio.SC
Theoretical model of efficient phagocytosis driven by curved membrane proteins and active cytoskeleton forces
吞噬作用是细胞吞噬和内化相对较大颗粒的过程，在我们的免疫系统功能中起着核心作用。我们研究的吞噬过程中，考虑一个简化的粗粒模型的三维囊泡，具有统一的粘附与刚性颗粒的相互作用，在弯曲的膜蛋白和活性的细胞骨架力的存在下。当囊泡的弯曲能量消耗被粘附能量的增益平衡时，实现完全吞噬。弯曲（凸形）蛋白质的存在通过在吞噬膜的高度弯曲的前缘处以更高的密度自组织来降低弯曲能量成本，所述吞噬膜形成包裹颗粒的吞噬杯的圆形边缘。这允许在小得多的粘附强度下发生吞没。当弯曲的蛋白质施加向外的膨胀力时，代表肌动蛋白聚合，在前缘，我们发现，吞噬更快地实现，在较低的蛋白质密度。我们认为球形以及非球形颗粒，并发现，非球形颗粒更难以吞没相比，相同表面积的球形颗粒。对于非球形颗粒，吞噬时间关键取决于颗粒相对于囊泡的初始取向。我们的模型提供了一个机制，在吞噬杯的肌动蛋白细胞骨架的自发自组织，在最近的高分辨率的实验观察，在很好的协议。
2022-01-04 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Novel Nongenomic Signaling by Glucocorticoid May Involve Changes to Liver Membrane Order in Rainbow Trout
应激诱导的糖皮质激素升高是脊椎动物中高度保守的反应。这促进了应激适应，并且作用模式涉及细胞内糖皮质激素受体的激活，导致靶基因表达的调节。然而，这种基因组效应是缓慢作用的，因此，糖皮质激素在对应激的快速反应中的作用尚不清楚。在这里，我们表明，应激水平的皮质醇，主要的糖皮质激素在硬骨鱼，迅速流化虹鳟〈动物〉<动物>（虹鳟鱼mykiss）肝质膜在体外。这涉及到的类固醇纳入脂质结构域，皮质醇耦合到膜不可渗透的肽部分，不影响膜秩序。研究证实，皮质醇，而不是性类固醇，增加肝质膜流动性。原子力显微镜显示皮质醇介导的变化，膜表面形貌和粘弹性确认膜秩序的变化。用应激水平的皮质醇处理鳟鱼肝细胞导致细胞信号转导通路的调节，包括10分钟内推定的PKA、PKC和AKT底物蛋白的磷酸化状态。皮质醇存在下蛋白激酶的磷酸化与苯甲醇（一种已知的膜流化剂）的磷酸化一致。我们的研究结果表明，生物物理的质膜特性的变化，引发应激诱导的糖皮质激素升高，作为一种非特异性的应激反应，并可能迅速调节急性应激信号通路。
2017-04-26 physics.bio-ph q-bio.CB
Twofold mechanosensitivity ensures actin cortex reinforcement upon peaks in mechanical tension
本研究定量分析有丝分裂HeLa细胞在机械张力峰值下的皮层变化，发现交联蛋白的捕获键直接敏感性与肌动蛋白聚合增强的间接机制共同构成双重强化策略，形成保护皮层的“分子安全带”。
2023-05-12 physics.bio-ph
From biting to engulfment: Target mechanics determines modes of phagocytosis through curvature--actin coupling
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）；University of California Berkeley（加州大学伯克利分校）；Simon Fraser University（西蒙菲莎大学）；Centre for Genomic Regulation (CRG)（基因组调控中心）；The Barcelona Institute of Science and Technology（巴塞罗那科学与技术研究院）；Universitat Pompeu Fabra (UPF)（庞培法布拉大学）；Wageningen University and Research（瓦赫宁根大学与研究）；University of Ljubljana（卢布尔雅那大学）
研究靶标力学在吞噬作用中的角色，通过理论建模与实验结合，开发膜模拟框架，揭示随靶标硬度增加有咬噬、推挤、完全吞噬三种力学状态，并经实验验证，确定靶标力学是清除及细胞间相互作用的关键调节因子。
2026-07-14 cond-mat.soft physics.bio-ph
Microscopic origin of macroscopic contractility in actin-myosin active gel models
Institute of Bioengineering, School of Life Sciences, École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院（EPFL）生命科学学院生物工程研究所）；SIB Swiss Institute of Bioinformatics（瑞士生物信息学研究所）；Department of Genetics and Evolution, University of Geneva（日内瓦大学生物遗传与进化系）；Laboratoire Matière et Systèmes Complexes, Université de Paris Cité（巴黎 Cité 大学物质与复杂系统实验室）；Institut Curie, Université PSL, Sorbonne Université, CNRS UMR168, Physique des Cellules et Cancer（居里研究所，巴黎文理研究大学，索邦大学，法国国家科学研究中心 UMR168，细胞物理与癌症实验室）；Université Paris Cité, CNRS, Institut Jacques Monod（巴黎 Cité 大学，法国国家科学研究中心，雅克·莫诺研究所）
研究通过数值模拟揭示主动胶模型如何描述细胞收缩力，发现应力与肌动蛋白密度线性相关，并能预测马达特性对收缩应力的影响。
2026-01-05 cond-mat.soft physics.bio-ph
Structural features and nonlinear rheology of self-assembled networks of cross-linked semiflexible polymers
本文模拟交联半柔性丝条自组装形成的三维网络，揭示交联剂可获得性如何影响网络连通性及其线性弹性与非线性应变硬化行为。
2023-09-26 cond-mat.soft physics.bio-ph
The limits of filopodium stability
丝状伪足是由细胞骨架丝支撑的长的指状膜管。它们的形状是由它们内部的肌动蛋白丝束的刚度以及膜的表面张力和弯曲刚度之间的相互作用决定的。虽然人们可能会期望欧拉屈曲不稳定性，以限制丝状伪足的长度，我们表明，通过简单的精力充沛的考虑，这是在一般情况下，不是这样的。通过进一步分析膜管内细丝的静力学，并通过计算机模拟捕获膜和细丝的波动，我们显示在何种条件下，任意长度的丝状伪足是稳定的。我们讨论了几个已经观察到这种稳定性的体外实验。此外，我们预测，在长，稳定的丝状伪足的细丝采取螺旋形状。
2008-03-03 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Theoretical study of vesicle shapes driven by coupling curved proteins and active cytoskeletal forces
真核细胞具有灵活的形状，根据细胞执行的功能动态变化。使细胞膜变形为所需形状的一种机制是通过表达弯曲的膜蛋白。此外，这些弯曲的膜蛋白通常与细胞骨架的募集有关，然后细胞骨架施加使膜变形的主动力。曲率和活性之间的这种耦合先前在小变形和低维度的线性极限中进行了理论探索。在这里，我们探讨了不受限制的形状的囊泡，含有活性弯曲膜蛋白，在三维空间，使用蒙特卡罗数值模拟。蛋白质的活性是以向外推动膜的膨胀力的形式，这可能是由于在膜附近发生的肌动蛋白或微管聚合而引起的细胞骨架。对于具有各向同性凸形状的蛋白质，额外的膨胀力增强了它们聚集并形成膜突起（芽）的趋势。此外，我们还发现了另一个从项链型聚集体的变形球体到扁平煎饼状囊泡的过渡，其中弯曲的蛋白质排列在外边缘。第二次转变是由主动力驱动的，再加上自发弯曲，由此产生的配置可能有助于了解粘附和运动细胞的板状伪足的组织。
2018-12-03 cond-mat.soft physics.bio-ph
The zipper mechanism in phagocytosis: energetic requirements and variability in phagocytic cup shape
吞噬作用是真核细胞通过其细胞膜结合和吞噬颗粒的基本细胞过程。颗粒吞噬涉及细胞表面受体对颗粒的识别，肌动蛋白细胞骨架的信号传导和重塑，以拉链样的方式引导颗粒周围的膜。尽管信号复杂，吞噬作用也强烈依赖于生物物理参数，如颗粒形状，并需要肌动蛋白驱动力的产生仍然知之甚少。在这里，我们提出了一种新的，三维和随机的生物物理模型的吞噬作用，并研究吞噬的各种大小和形状的颗粒，包括螺旋形和杆状的颗粒让人想起细菌。与最近的实验结果一致，高度弯曲的形状不被采用。此外，我们惊讶地发现，即使没有肌动蛋白驱动力的产生，吞噬收益在一个大政权的参数值，虽然更慢，高度可变的吞噬杯。我们实验证实这些预测使用成纤维细胞，转染免疫受体Fc γ RIIa吞噬免疫球蛋白G调理颗粒。具体来说，我们比较了野生型受体与突变型受体，不能信号的肌动蛋白细胞骨架。基于从成像数据重建吞噬杯，我们确实表明，细胞能够吞噬小颗粒，即使没有生物肌动蛋白驱动的过程的支持。这表明生化途径使吞噬的进化古老过程非常强大，允许细胞吞噬甚至非常大的颗粒。吞噬作用的颗粒形状依赖性使得宿主-病原体相互作用的系统研究和药物递送载体的有效设计成为可能。
2010-11-01 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
Getting in shape and swimming: the role of cortical forces and membrane heterogeneity in eukaryotic cells
最近的研究表明，运动细胞可以使其推进模式适应它们所处环境的机械特性-在某些环境中爬行，而在其他环境中游泳。后者可能涉及通过起泡或其他周期性形状变化的运动，这些模式的高度简化和更真实的模型先前已经研究过。在这里，我们研究的游泳，是由膜张力梯度，产生流动的肌动蛋白皮质下的膜，并不涉及强加的周期性形状变化。这样的梯度可以导致一些不同的特征细胞的形状，我们的第一个目标是了解不同分布的膜张力如何影响细胞的形状在一个无粘静止流体。然后，我们分析了其他膜特性的空间变化的影响，以及它们如何与张力梯度相互作用以确定形状。我们还研究了流体-细胞相互作用的影响，并显示张力如何导致细胞运动，张力梯度和可变弯曲模量之间的平衡如何确定运动的形状和方向，以及运动的效率如何取决于流体的性质和膜中张力和弯曲模量的分布。
2018-05-23 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Design and applications of a fluorescent labeling technique for lipid and surfactant preformed vesicles
两亲分子如表面活性剂、脂质和嵌段共聚物可以组装成双层并形成囊泡。荧光膜标记方法需要使用可以在合成的不同阶段插入双层中的染料分子。据我们所知，没有一种通用的方法来标记预制的囊泡。在这里，我们开发了一个通用的协议，是适合于表面活性剂和脂质预制囊泡，不需要分离或纯化步骤。基于亲脂性碳菁绿染料PKH 67，该方法在两性离子磷脂酰胆碱囊泡上进行评估。为了证明其多功能性，将其应用于阴离子或阳离子囊泡的分散体，例如给予患有呼吸窘迫综合征的早产儿的药物，或用作家庭护理应用的织物柔软剂的囊泡制剂。通过荧光显微镜，我们然后可视化的相互作用机制的纳米粒子穿越活细胞膜和表面活性剂吸附在棉织物上。这些结果突出了膜标记技术的优点，该技术简单且适用于大量的软物质系统。
2019-06-04 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Theoretical model of membrane protrusions driven by curved active proteins
真核细胞通过改变其膜的组成和重组其底层的细胞骨架来内在地改变其形状。在这里，我们提出了进一步的研究和扩展的最小物理模型，描述了一个封闭的囊泡与移动弯曲的膜蛋白复合物。细胞骨架力描述了由于肌动蛋白聚合而产生的膨胀力，肌动蛋白聚合被弯曲的蛋白质复合物募集到膜上。我们描述了这个模型的相图，作为主动力的大小，最近邻蛋白质相互作用和蛋白质的自发曲率的函数。它以前表明，该模型可以解释板状伪足样扁平突起的形成，在这里，我们探索的制度，该模型也可以引起丝状伪足样管状突起。我们扩展了模拟与弯曲组件的凸和凹的物种，在那里我们发现复杂的皱褶集群的形成，以及类似于内吞和巨胞饮的过程的内化内陷。我们改变代表细胞骨架的力模型来模拟成束而不是分支结构的影响，从而产生类似于丝状伪足的形状。
2023-01-30 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Actin Remodeling and Polymerization Forces Control Dendritic Spine Morphology
树突棘是从神经元树突突出的小的膜状结构。每个棘包含一个突触接触点，可以将其母树突连接到相邻神经元的轴突。树突棘在形状和大小上明显不同，某些类型的刺激促使棘以相当可预测的方式从薄的新生形态演变为与成熟棘相关的蘑菇状形状。这一惊人的进展与早期发育、学习和记忆形成过程中神经元网络的（重新）配置相一致，并且已被证实是在个体神经元连接规模上编码这些过程的机制的一部分。众所周知，棘的结构可塑性强烈依赖于棘内的肌动蛋白细胞骨架。一个一般的框架，详细的肌动蛋白在指导各种脊柱形状之间的过渡的确切作用是缺乏的。我们解决这个问题，并提出了一个定量的，基于模型的情况下，脊柱可塑性验证使用现实和生理相关的参数。我们的模型指出了肌动蛋白细胞骨架的关键作用。在棘形成的早期阶段，棘膜的弹性和肌动蛋白细胞骨架中产生的膨胀力之间的相互作用推动了初期的棘。在成熟阶段，肌动蛋白重塑的分支和捆绑肌动蛋白的组合动力学的形式是需要形成成熟的，蘑菇样的刺。我们的模型确定了额外的因素，合理地帮助稳定和维护脊柱形态。总之，我们的模型提供了独特的见解肌动蛋白重塑和聚合力的基本作用，在脊柱的形成和成熟。
2015-10-30 physics.bio-ph q-bio.SC
Amoeboid swimming of active vesicles
Inst. Theoret. Physics, Georg-August University Göttingen（哥廷根大学理论物理研究所）
研究弱放气活性囊泡形状动力学与迁移，通过局部膜不可压缩性及小过剩面积假设分析其在自由空间的耦合动力学，依活性强度和频率，囊泡呈现多种动力学状态。
2026-07-17 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Topological transitions in fluid lipid vesicles: activation energy and force fields
脂质双层膜是生命得以存在的基本生物屏障。双层动力学在很大程度上参与协调细胞的工作，其特征在于实质性的稳定性以及允许受控形态/拓扑变化的极端可塑性。在全细胞尺度上模拟和理解囊泡样膜的拓扑变化是一个难以实现的目标。我们提出并在这里讨论一个连续体模型，能够涵盖在一个大单层囊泡的规模的双层膜的融合/裂变过渡，并评估最小的自由能路径的过渡，灵感来自融合/裂变诱导蛋白质在自然界中朝着最小的工作支出的想法。结果预测了能量势垒的正确高度，并提供了力场，通过作用于膜，可以诱导过渡。他们被发现在很好的协议，在强度，规模和空间定位与实验数据的典型蛋白质系统在过渡期间发挥作用。该模型可以铺平道路，为开发更完整的模型的过程中，动力学耦合到流体的内部和外部环境和其他应用程序的拓扑变化发生或应该被阻止。
2022-02-28 cond-mat.soft physics.bio-ph
Design principles for selective self-assembly of active networks
活细胞动态地调节其肌动蛋白细胞骨架的局部形态以执行生物学功能，包括力传递、细胞内运输和细胞分裂。一个主要的挑战是了解肌动蛋白细胞骨架的不同结构是如何从一组有限的分子构建模块组装而成的。在这里，我们研究了自发自组装的极小模型的细胞骨架材料，包括半柔性肌动蛋白丝，交联剂，和分子马达。使用粗粒度的模拟，我们表明，通过改变浓度和动力学的交联剂和电机，我们可以产生三个不同的结构阶段的肌动球蛋白组件：捆绑，极性排序，并收缩。我们引入新的指标来区分这些结构阶段，并展示其功能作用。我们发现，电机和交联剂的结合动力学可以调整，以优化收缩力的产生，电机运输和机械响应。通过定量表征细胞骨架自组装模式之间的关系，所产生的结构，以及它们的功能后果，我们的工作提出了新的原则，活性材料的设计。
2018-04-10 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
