A unified rheological model for cells and cellularised materials
A unified rheological model for cells and cellularised materials
复制标题
细胞和多孔材料的统一流变模型
DOI：
10.1101/543330
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发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Bonfanti A
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Bonfanti A
单细胞和组织的机械响应表现出广泛的时间尺度分布，通常会产生独特的幂律流变学。传统的流变学方法无法轻松捕获这种复杂的行为，这使得材料表征和预测建模非常具有挑战性。在这里，我们提出了一种将传统粘弹性元件与分数阶微积分相结合的新模型，成功捕获了上皮单层的宏观松弛响应。从松弛模量拟合中提取的参数可以预测相同材料对缓慢拉伸和蠕变的响应，表明该模型捕获了固有的材料特性。从模型参数导出的两个特征时间界定了材料响应的不同范围。我们将组织的反应与单细胞以及细胞内和细胞外成分的行为进行比较，并将上皮的幂律行为与细胞皮层的动力学联系起来。这种生物材料机械响应的统一模型提供了一种新颖而强大的数学方法，可以一致地分析实验数据并揭示实验方法和研究小组报告的行为的相似性和差异。它还为更准确的组织力学计算模型奠定了基础。
The mechanical response of single cells and tissues exhibits a broad distribution of time-scales that often gives rise to a distinctive power-law rheology. Such complex behaviour cannot be easily captured by traditional rheological approaches, making material characterisation and predictive modelling very challenging. Here, we present a novel model combining conventional viscoelastic elements with fractional calculus that successfully captures the macroscopic relaxation response of epithelial monolayers. The parameters extracted from the fitting of the relaxation modulus allow prediction of the response of the same material to slow stretch and creep, indicating that the model captured intrinsic material properties. Two characteristic times, derived from the model parameters, delimit different regimes in the materials response. We compared the response of tissues with the behaviour of single cells as well as intra and extra-cellular components, and linked the power-law behaviour of the epithelium to the dynamics of the cell cortex. Such a unified model for the mechanical response of biological materials provides a novel and robust mathematical approach to consistently analyse experimental data and uncover similarities and differences in reported behaviour across experimental methods and research groups. It also sets the foundations for more accurate computational models of tissue mechanics.
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DOI：
10.1101/302158
发表时间：
2018-04
期刊：
bioRxiv
影响因子：
--
作者：
N. Khalilgharibi;J. Fouchard;N. Asadipour;Amina Y. Yonis;A. Harris;Payman Mosaffa;Yasuyuki Fujita;A. Kabla;B. Baum;J. Muñoz;M. Miodownik;G. Charras
通讯作者：
N. Khalilgharibi;J. Fouchard;N. Asadipour;Amina Y. Yonis;A. Harris;Payman Mosaffa;Yasuyuki Fujita;A. Kabla;B. Baum;J. Muñoz;M. Miodownik;G. Charras
影响因子：
3.4
作者：
Shen, Zhilei Liu;Kahn, Harold;Eppell, Steven J.
通讯作者：
Eppell, Steven J.
分数阶导数标准线性实体模型在人体额骨冲击响应中的应用
DOI：
--
发表时间：
2011
期刊：
影响因子：
--
作者：
T. K. Chang;Y. Rossikhin;M. Shitikova;C. Chao
通讯作者：
C. Chao
肺上皮细胞的力学生物学：测量、扰动和响应。
影响因子：
5.8
作者：
Waters,ChristopherM;Roan,Esra;Navajas,Daniel
通讯作者：
Navajas,Daniel
影响因子：
1.6
作者：
Desprat, N.;Guiroy, A.;Asnacios, A.
通讯作者：
Asnacios, A.