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细胞与胞外基质界面黏附:随机动力学与变形理论的耦合研究
结题报告
批准号:
11202184
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
28.0 万元
负责人:
钱劲
依托单位:
学科分类:
A0804.接触、摩擦与表界面力学
结题年份:
2015
批准年份:
2012
项目状态:
已结题
项目参与者:
李铁风、周昊飞、张文靓、张建伟、徐涛
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中文摘要
本项目的主题内容是"细胞与胞外基质界面黏附:随机动力学与变形理论的耦合研究",拟采用理论建模与计算模拟为主、结合必要实验的研究方式,发展完善已有的细胞黏附理论,建立受体-配体分子键团簇随机过程与连续介质变形的耦合体系,研究各类天然与人造胞外基质材料的理论与计算模型,探讨通过胞外基质的非均匀、多层次、各向异性、几何特征等力学设计实现细胞黏附的定量化调控。本课题的创新之处在于,从细胞黏附的分子组成结构出发,研究跨分子尺度的键分离与再键合随机过程、微米尺度的多分子键团簇动力学、(亚)细胞尺度的胞外基质变形与多黏附斑协同的耦合理论框架和计算方法,整个动力学过程涉及多个时间及空间尺度,是传统固体力学领域与生物学科交叉产生的科学问题。这项研究旨在为控制细胞的铺展、极化、迁移以及人造组织的设计、制备和检测提供完整直接的理论指导和方法支持,预期三年内发表高水平学术论文6-8篇。
英文摘要
In the proposal, we will study the coupled stochastic dynamics and deformation theory on interfacial adhesion between cell and extracellular matrix (ECM). A central paradigm of this research is development of theoretical and computational models, with experimental testing as a supplement, for improvement of the existing theories of cell-matrix adhesion. We will describe the stochastic dissociation and association processes of receptor-ligand bond clusters, establish the constitutive law of various natural and artificial ECM materials, unify stochastic reactions of individual bonds at molecular scale and elastic descriptions of interfacial interaction at continuum scale. The goal here is to explore the mechanical principles to quantitatively control cell adhesion via design and implementation in material heterogeneity, hierarchy, anisotropy and geometry. The innovation of this proposal is a bottom-up modeling strategy crossing molecular bonds, bond clusters, subcellular processes and continuum deformation. Theoretical approaches and numerical techniques including finite element analysis, Monte Carlo method, kinetic and stochastic dynamics will be utilized and developed to investigate the intrinsic spatial and temporal scales. The scientific issues are raised at the interface between traditional solid mechanics and rapidly advancing biological science. The study aims to provide a theoretical guidance and methodological support for quantitatively controlling dynamic cellular processes such as spreading, polarization and migration, and for enabling design, fabrication and testing of man-made ECMs. We expect to publish 6 to 8 papers in high-level journals within this 3-year project.
在该青年项目的直接资助下,项目负责人钱劲及研究组采用理论建模与计算模拟为主、结合必要实验的研究方式,主要在细胞黏附动力学、细胞对力学激励的响应两方面取得了一些实质性进展。在2013-2015年共发表SCI论文7篇,分别发表在Advanced Functional Materials, Langmuir, Soft Matter, Applied Physics Letters (两篇), Physical Review Letters, PLoS ONE上,篇均影响因子5.37,最高影响因子11.8。另有两篇本项目资助的论文正在评审过程中。..项目期间在包括国际断裂大会、工程科学协会年会、世界生物力学大会等国际学术会议报告共6次,国内会议报告7次。..对照项目申请书的预期研究成果,项目完成情况如下:.(1)随机反应动力学与三维复杂介质变形理论的耦合体系;.已完成,相关耦合体系发表在Advanced Functional Materials, 23, 4729–4738 (2013)以及Soft Matter, 11, 2812–2820 (2015)上。..(2)通过对细胞-胞外基质界面黏附中分子键团簇、易变形介质、细胞骨架重组等主要(动)力学过程的交互作用研究,揭示控制细胞铺展、极化、迁移等生理过程的力学机制;.已完成,详见研究工作主要进展。..(3)发表 SCI 论文6-8篇,其中影响因子3.0以上的论文不少于3篇;.已完成,共发表SCI论文7篇,所有论文影响因子均超过3.0,另有2篇本项目资助的论文正在评审过程中。..(4)结合本项目研究,培养博士生3名,硕士生2名。.已完成,详见人才培养情况。.
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1103/physrevlett.113.118101
发表时间:2014-09-09
期刊:PHYSICAL REVIEW LETTERS
影响因子:8.6
作者:Hui, T. H.;Zhou, Z. L.;Gao, H.
通讯作者:Gao, H.
A mechanochemical mechanism of cell reorientation dependent on cyclic stretch
依赖于循环拉伸的细胞重新定向的机械化学机制
DOI:--
发表时间:2013
期刊:PLos One
影响因子:3.7
作者:Haipei Liu;Yuan Lin;Weiqiu Chen;Huajian Gao
通讯作者:Huajian Gao
Tuning Molecular Adhesion via Material Anisotropy
通过材料各向异性调节分子粘附
DOI:10.1002/adfm.201300069
发表时间:2013-10-04
期刊:ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS
影响因子:19
作者:Zhang, Wenliang;Lin, Yuan;Gao, Huajian
通讯作者:Gao, Huajian
Aggregation dynamics of molecular bonds between compliant materials
顺应性材料之间分子键的聚集动力学
DOI:10.1039/c4sm02903h
发表时间:2015-01-01
期刊:SOFT MATTER
影响因子:3.4
作者:Jiang, Hongyuan;Qian, Jin;He, Linghui
通讯作者:He, Linghui
Bond formation of surface-tethered receptor-ligand pairs in relative separation
相对分离中表面束缚受体-配体对的键形成
DOI:10.1063/1.4834915
发表时间:2013-11
期刊:Applied Physics Letter
影响因子:--
作者:Jin Qian;Yuan Lin;Hongyuan Jiang;Haimin Yao
通讯作者:Haimin Yao
全国固体力学青年学者学术研讨会
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    8万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    钱劲
  • 依托单位:
金属配位物理交联水凝胶的强韧化、结构化和可控变形研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    钱劲
  • 依托单位:
聚合物交联网络的自组装与大变形耦合研究
  • 批准号:
    11672268
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    56.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    钱劲
  • 依托单位:
国内基金
海外基金