Electromechanical control of cell adhesion and motility

细胞粘附和运动的机电控制

基本信息

  • 批准号:
    6928013
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 23.05万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2001
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2001-09-01 至 2007-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Tissue engineering is a relatively new but rapidly expanding field of biomedical engineering research. Because cell adhesion and motility are two critical factors in determining tissue integrity and function, elucidation and regulation of the cellular and molecular mechanisms involved in cell adhesion and motility is fundamentally important for tissue engineering. Implementation of engineered tissues in clinical applications has been successful in soft-tissue replacement or regeneration. The general use of artificial tissues is limited, however. Detailed understanding of mechanisms regulating cell adhesion and motility is expected to provide insights for controlled cell seeding, improved designing and engineering of artificial tissues. Use of non-invasive electrical stimulation (ES) offers a novel non-mechanical technique to regulate cell adhesion and motility. Projects involving the use of ES in fibroblasts, hepatocytes, and white cells and studies of lateral and rotational dynamics of membrane proteins provided an excellent basis for the proposed hypotheses in this proposal. In response to ES, the mechanotransducer integrin is likely to mediate cell adhesion and motility. Integrins redistribute on the cell surface, interact with cytoskeleton, and actively participate in dynamic formation of focal adhesion contacts. Optimized use of ES has been shown to redistribute integrins, reorganize cytoskeleton, alter calcium homeostasis, and induce guided cell migration without adversely affecting cell viability. This proposal uses unique non-invasive optical techniques, including single particle tracking and laser optical trap, to 1) track, at the single molecule level, changes in integrin motion induced by ES on the surface of human fibroblasts; 2) measure changes in the strength of integrin-cytoskeleton interactions induced by ES on controlled 2 dimensional extracellular matrices; and 3) characterize electromechanically induced and integrin-dependent cell motility in reconstituted 3 dimensional gel model. The long-term objectives of the proposed research are to manipulate and control cell adhesion and motility by the optimal use of ES and, thereby, to enhance tissue integrity and function of engineered tissues.
描述(由申请人提供):组织工程是一个相对较新的,但 生物医学工程研究的快速扩展领域。因为细胞 粘附和运动性是确定组织完整性的两个关键因素 和功能,阐明和调节细胞和分子 细胞粘附和运动涉及的机制从根本上很重要 用于组织工程。在临床中实施工程组织 应用程序在软组织替代或再生方面已经成功。 但是,人造组织的一般使用是有限的。详细的 对调节细胞粘附和运动性的机制的理解 为了提供可控细胞播种的见解,改进的设计和 人造组织的工程。 使用非侵入性电刺激(ES)提供了一种新型的非机械力学 调节细胞粘附和运动的技术。涉及使用的项目 ES在成纤维细胞,肝细胞和白细胞中以及侧面和研究的研究 膜蛋白的旋转动力学为 该提议中提出的假设。为了响应ES,机械转换器 整联蛋白可能介导细胞粘附和运动能力。整合素 在细胞表面重新分布,与细胞骨架相互作用,并积极地 参与局灶性接触的动态形成。优化的使用 ES已被证明重新分布整合素,重组细胞骨架,Alter 钙稳态,并诱导引导的细胞迁移而无需不利 影响细胞活力。该建议使用独特的非侵入性光学 技术,包括单个粒子跟踪和激光光学陷阱,至1) 轨道,在单分子水平上,ES诱导的整联蛋白运动的变化 在人成纤维细胞表面; 2)衡量强度的变化 ES在受控的2维 细胞外矩阵; 3)特征是机电诱导的,并且 重构3维凝胶模型中的整联蛋白依赖性细胞运动。这 拟议研究的长期目标是操纵和控制 通过ES的最佳使用,从而增强细胞粘附和运动性 组织完整性和工程组织的功能。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A new perspective for stem-cell mechanobiology: biomechanical control of stem-cell behavior and fate.
干细胞力学生物学的新视角:干细胞行为和命运的生物力学控制。
Physicochemical control of adult stem cell differentiation: shedding light on potential molecular mechanisms.
Distinct membrane mechanical properties of human mesenchymal stem cells determined using laser optical tweezers.
  • DOI:
    10.1529/biophysj.105.073775
  • 发表时间:
    2006-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    I. Titushkin;M. Cho
  • 通讯作者:
    I. Titushkin;M. Cho
Human fibroblast migration in three-dimensional collagen gel in response to noninvasive electrical stimulus. II. Identification of electrocoupling molecular mechanisms.
  • DOI:
    10.1089/ten.2004.10.1558
  • 发表时间:
    2004-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Shan Sun;M. Cho
  • 通讯作者:
    Shan Sun;M. Cho
Regulation of mesenchymal stem cell adhesion and orientation in 3D collagen scaffold by electrical stimulus.
  • DOI:
    10.1016/j.bioelechem.2005.11.007
  • 发表时间:
    2006-10
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Shan Sun;I. Titushkin;M. Cho
  • 通讯作者:
    Shan Sun;I. Titushkin;M. Cho
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