中新網合肥1月12日電 (記者 吳蘭)記者12日從中國科學技術大學獲悉，該校大工程科學學院近代力學系姜洪源課題組在生物力學領域取得重要進展——建立了上皮組織斷裂破壞的理論模型。
這一揭示上皮細胞單層的脆韌轉變機制的相關研究成果近日線上發表於《物理評論快報》上。
生物體內的許多器官、組織表面都覆蓋著上皮組織，起到引導胚胎髮育、防止細菌病毒感染、抵抗機械力等作用。在心跳、呼吸、血液流動、腸道蠕動等各種生理、病理過程中，上皮組織受到各種各樣的內部或外界的機械力作用，併產生劇烈的變形。
例如，在姿勢改變或運動期間，人體面板的典型應變約為25%；血壓的週期性變化可沿周向拉伸血管壁，並導致高達15%的應變；心臟跳動時二尖瓣的最大應變和應變率可高達30%和400%/s。
儘管上皮組織可以透過細胞分裂、重組、凋亡等過程去耗散應力以保證上皮組織的內穩態，但當細胞間粘附受損或受到過度拉伸時，上皮組織仍可能發生破壞和斷裂。例如，機械通氣作為急性呼吸窘迫綜合徵的一種常用治療手段，常常會由於對肺泡的過度拉伸而造成急性肺損傷，一些簡單生物體(例如絲盤蟲)的自身運動就可以導致其上皮組織發生斷裂。儘管上皮組織的機械效能是其功能的重要組成部分，但目前缺乏可以描述上皮組織斷裂破壞的理論模型。
針對以上問題，姜洪源課題組透過引入一種新的拓撲轉換，發展了一種改進的細胞頂點模型，研究了上皮細胞單層的力學性質和斷裂破壞機制。該研究團隊發現了一種由單細胞力學性質及細胞間粘附性質決定的脆韌轉變現象，揭示了外加荷載可以啟用韌性細胞單層中的細胞重排布行為，並透過一個簡化的四細胞模型，進一步證明了這種脆韌轉變是由細胞重排和細胞脫粘的競爭引起的。該項工作為研究活體組織的斷裂破壞提供了一個理論框架，並可能對許多其它生物學過程，例如傷口癒合和組織形貌發生，具有重要意義。
來源：中國新聞網
