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SciAdv最新綜述：解鎖細胞機械生物學的治療潛力1.引言領域介紹：機械生物學是一門研究機械力如何影響細胞行為、組織結構和疾病進展的交叉學科。核心概念：細胞能感知并轉導機械信號，將其轉化為生化反應，影響遷移、分化、免疫應答和組織重塑等過程。提出“機械醫學”：將機械生物學原理轉化為臨床實踐的新范式，將機械力視為健康的關鍵調節因子和疾病的治療靶點。本文目標：全面概述細胞機械生物學的基本原理、在疾病發病機制中的作用，以及將其轉化為治療策略的努力。2.塑造細胞和組織行為的機械線索詳細...

水凝膠作為一種具有三維網絡結構的軟濕性材料，在生物醫學（如組織工程支架、藥物載體）、柔性電子和軟體機器人等領域展現出巨大應用潛力。其力學性能（如高含水量下的柔韌性、韌性、自愈合性）是決定其功能與應用的關鍵。水凝膠力學試驗機是專門用于精準表征水凝膠及其它軟材料力學行為的專用設備，為材料研發與應用驗證提供核心數據支撐。1、超低量程高精度傳感器，適配軟材料特性：?水凝膠的模量通常處于kPa至MPa量級，比傳統金屬或塑料低幾個數量級。專用試驗機配備超低量程（如0.1N至數百牛頓）的高...

一、研究背景與意義細胞力學感知（Mechanosensation）是細胞將機械刺激轉化為生化信號的過程，調控組織發育、再生、病變等生理病理過程。目標：為生物材料設計提供力學依據，實現精準再生醫學。二、細胞力感知機制1.結構基礎膜受體：整合素（Integrin）、鈣黏蛋白（Cadherin）等。力傳導鏈：細胞-基質：ECM→整合素→適配蛋白（如Talin/Vinculin）→肌動蛋白（F-actin）。細胞-細胞：Cadherin→α/β-連環蛋白→F-actin。機械敏感離子...

背景與意義皮膚是人體最大的器官，負責屏障、免疫、感知等功能。一旦受損，修復過程牽涉多種細胞在時間和空間上的精密協調。然而，臨床常見的慢性傷口（如糖尿病足潰瘍）及瘢痕（增生性瘢痕、瘢痕疙瘩）至今缺乏高效療法，導致巨大醫療負擔。傷口愈合的五個階段1.止血期創傷后血管立即收縮，血小板黏附并釋放PDGF、TGF-β等因子，纖維蛋白網形成臨時支架。圖1：細胞在傷口愈合止血階段的反應2.炎癥期中性粒細胞首先清除病原體；隨后巨噬細胞由促炎M1型向修復M2型轉化，決定后續是再生還是纖維化。圖...

研究背景與目的開發一種微型化的電-機械裝置，用于實時、精準地測量皮下軟組織（1–8mm）的楊氏模量，以輔助診斷皮膚病（如銀屑病）及其他疾病。技術原理核心組件：振動致動器：鎳鍍釹磁鐵（直徑8mm）+銅線圈（50Hz交流驅動），產生洛倫茲力驅動振動。應變傳感器：蛇形金質電阻應變片（嵌入聚酰亞胺-PDMS柔性基板），通過電阻變化檢測組織變形。測量機制：磁鐵振動引發組織應變，應變片電阻變化經鎖相放大器轉換為電壓信號（VS），與組織彈性模量（E）成反比。圖1用于傳感軟組織彈性模量的毫米...

鞏膜是眼球外層的主要承重結締組織，占眼球外殼約85%，不僅維持眼球形狀、保護內部結構，還與角膜協同調控屈光狀態。其結構復雜，由Tenon囊、表層鞏膜、鞏膜基質（stroma）等組成。基質層是主要力學支撐部分，由富含膠原的層狀結構構成，膠原纖維呈多方向交織，且在不同區域表現出不同的排列模式，如視神經周圍（PPS）呈環向排列，有助于抵抗眼內壓（IOP）引起的擴張。圖1：鞏膜形態學和結締組織結構概述表1：人類鞏膜的組成成分。組成濕重百分比水68膠原蛋白28其他蛋白質（包括細胞成分）...

研究背景免疫檢查點阻斷（ICB）療法（如抗PD-1）對多種癌癥有效，但療效有限，亟需探索T細胞功能的調控機制。T細胞機械生物學新興領域：T細胞通過機械力感知腫瘤微環境，但具體機制不清。關鍵發現1.PIEZO1抑制增強T細胞殺傷功能體外實驗：PIEZO1拮抗劑（GsMTx4）或基因敲低（shRNA）顯著增強CTLs對黑色素瘤（B16）和結腸癌（MC38）細胞的殺傷能力，且不依賴傳統細胞因子（IFN-γ/TNF）或穿孔素/顆粒酶通路。機制：通過增強T細胞與腫瘤細胞的牽引力（由F-...

成纖維細胞是參與組織穩態和疾病的一種多樣的間充質細胞，通過產生復雜的細胞外基質并利用生物物理和生化信號來創造信號微環境。成纖維細胞是組織修復的“建筑師”，其異常激活導致纖維化，而精準調控其可塑性有望實現無瘢痕再生醫學。一、定義與基本特征成纖維細胞（fibroblasts）是一類異質性的間充質細胞，分布于所有器官，負責：合成與重塑細胞外基質（ECM）；形成干細胞微環境（niche）；在損傷時轉化為肌成纖維細胞（myofibroblasts），驅動修復或纖維化。圖1成纖維細胞的輸...