细胞外基质纤维的非线性弹性促进高效的细胞间力学通讯
生物物理
2018-11-14 v1
摘要
已观察到嵌入纤维基质的生物细胞会形成致密且取向一致的细胞间纤维带,借此它们在长距离上发生力学相互作用。此类基质介导的细胞相互作用已被证明可调控多种生物过程。本研究旨在探索细胞外基质(ECM)中所含纤维的弹性非线性对收缩细胞间力学载荷传递的影响。基于我们的生物实验,我们建立了嵌入纤维网络中的两个收缩细胞的有限元模型。单个纤维被建模为呈现线性弹性、压缩微屈曲、拉伸刚化或后两者兼具。压缩屈曲导致 ECM 中载荷较小,但这些载荷更指向邻近细胞。后者随细胞间距离增大而减小;当细胞间距 >15 个细胞直径时,未观察到此类细胞间相互作用。拉伸刚化进一步有助于将载荷导向邻近细胞,尽管程度较小。两个邻近细胞的收缩产生相互吸引力,其因拉伸刚化而显著增强,并随细胞间距离增大而衰减。非线性弹性也促进了细胞边界上力极性的出现。当纤维在压缩下屈曲时,细胞间带内纤维的密度和取向一致性显著更大,而拉伸刚化进一步促进了这种结构重塑。我们的模型展示了生物凝胶的非线性弹性对远距细胞间力学信号传递的方向性和效率的贡献。
引用
@article{arxiv.1802.05075,
title = {Nonlinear elasticity of the extracellular matrix fibers facilitates efficient inter-cellular mechanical communication},
author = {Ran S Sopher and Hanan Tokash and Sari Natan and Mirit Sharabi and Ortal Shelah and Oren Tchaicheeyan and Ayelet Lesman},
journal= {arXiv preprint arXiv:1802.05075},
year = {2018}
}