Redundancy and cooperativity in the mechanics of compositely crosslinked filamentous networks.
Redundancy and cooperativity in the mechanics of compositely crosslinked filamentous networks.
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DOI：
10.1371/journal.pone.0035939
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发表时间：
2012
期刊：
影响因子：
3.7
通讯作者：
Schwarz JM
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Das M;Quint DA;Schwarz JM
活细胞的细胞骨架含有多种类型的交联剂。一些交联剂允许长丝之间的无能量旋转，而另一些则不允许。这些不同交联剂之间的机械相互作用在细胞骨架力学中是一个悬而未决的问题。因此，我们发展了一个基于刚性渗流的理论框架来研究同时包含拉伸力和键弯曲力的一般丝状体系来解决这个问题。该框架包括有效介质理论的分析计算和渗流三角形晶格上的数值模拟，两者之间非常吻合。我们发现，在具有自由旋转交联链的半柔性丝状网络中引入角度受限交联剂可以协同地将刚性开始降低到连接性渗流阈值--这一结果多年来一直在争论，但从未通过有效介质理论得到过。这使得该系统最终能够在尽可能低的材料浓度下达到刚性。我们进一步证明，引入角度受限的交联会导致类似于自由旋转的交联型半柔性纤维的力学行为，这表明了冗余性和普适性。我们的结果还影响了生物和生物工程组织中的胶原和纤维蛋白网络。
The cytoskeleton of living cells contains many types of crosslinkers. Some crosslinkers allow energy-free rotations between filaments and others do not. The mechanical interplay between these different crosslinkers is an open issue in cytoskeletal mechanics. Therefore, we develop a theoretical framework based on rigidity percolation to study a generic filamentous system containing both stretching and bond-bending forces to address this issue. The framework involves both analytical calculations via effective medium theory and numerical simulations on a percolating triangular lattice with very good agreement between both. We find that the introduction of angle-constraining crosslinkers to a semiflexible filamentous network with freely rotating crosslinks can cooperatively lower the onset of rigidity to the connectivity percolation threshold—a result argued for years but never before obtained via effective medium theory. This allows the system to ultimately attain rigidity at the lowest concentration of material possible. We further demonstrate that introducing angle-constraining crosslinks results in mechanical behaviour similar to just freely rotating crosslinked semflexible filaments, indicating redundancy and universality. Our results also impact upon collagen and fibrin networks in biological and bio-engineered tissues.
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影响因子：
8.6
作者：
Huisman, E. M.;Heussinger, C.;Barkema, G. T.
通讯作者：
Barkema, G. T.
影响因子：
8.6
作者：
Das, Moumita;MacKintosh, F. C.;Levine, Alex J.
通讯作者：
Levine, Alex J.
影响因子：
64.8
作者：
Blanchoin, L;Amann, KJ;Pollard, TD
通讯作者：
Pollard, TD
影响因子：
3.4
作者：
Piechocka, Izabela K.;Bacabac, Rommel G.;Koenderink, Gijsje H.
通讯作者：
Koenderink, Gijsje H.
影响因子：
8.6
作者：
Head, DA;Levine, AJ;MacKintosh, FC
通讯作者：
MacKintosh, FC