活细胞微流变实验中的幂律：比较分析与建模

我们比较并综合了两次关于单细胞细胞骨架的微流变实验结果。在第一个实验中，在施加恒定力阶跃后，测量了拉伸在两个玻璃板之间的细胞的蠕变函数J(t)。在第二个实验中，一个与跨膜受体特异性结合的微米级珠子由振荡光镊驱动，并获取粘弹性系数$G_e(\omega)$。$J(t)$和$G_e(\omega)$均表现出幂律行为：$J(t)= A(t/t_0)^\alpha$和$\bar G_e(\omega)\bar = G_0 (\omega/\omega_0)^\alpha$，具有相同的指数$\alpha\approx 0.2$。这种幂律行为非常稳健；$\alpha$分布在一个狭窄的范围内，并且几乎不依赖于细胞类型、传递机械应力的蛋白质复合物的性质或实验的典型长度尺度。相反，前因子$A_0$和$G_0$对这些参数非常敏感。指数$\alpha$在细胞群体中呈正态分布，而前因子$A_0$和$G_0$遵循对数正态分布。这些结果与文献中发表的其他数据进行了比较。我们提出了一个基于半唯象模型的整体解释，该模型涉及系统中广泛的弛豫时间分布。该模型预测了幂律行为和力学参数的统计分布，正如实验观察到的细胞那样。此外，它还可以估计细胞骨架网络中的最大响应时间：$\tau_m \approx 1000$ s。