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期刊信息/Journal information
医用生物力学
医用生物力学

戴尅戎

双月刊

1004-7220

021-63138341－5397

200011

上海市制造局路639号

医用生物力学/CSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>《医用生物力学》主要刊登交流我国学者在生物力学研究中取得的成果和部分国外专家的论文。着重刊登对科研与临床实践有指导意义的论著，同时还开辟综述、讲座、经验交流、研究简报、专题讨论等专栏。内容充实，反映了中国生物力学的研究动向和成果。
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    细胞力学2023年度研究进展

    朱鸿源王琎苗润林敏...
    787-795页
    查看更多>>摘要：细胞力学研究在近年来迅速发展，揭示了细胞如何通过感知和响应外界力学环境来调节其功能和行为。2023 年，细胞力学领域在理解细胞自身的力学特性、对固体和流体环境的力学感知、在动态力学条件下的适应性方面取得了显著突破。同时，先进的测量技术和力学模型为研究提供了新的工具。这些成果加深了对生理和病理过程的认识，并为疾病的诊断、预防和干预手段提供新的思路。本文综述了 2023 年度华人学者在细胞力学领域的研究进展，探讨其在不同生物过程中所展现的力学机制。

    力学生物学细胞力学性能力信号转导力学模型

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    T细胞力学免疫学研究进展

    吴松芳娄继忠
    796-805页
    查看更多>>摘要：T细胞是获得性免疫的核心之一，T细胞受体(T cell receptor，TCR)对抗原的特异性识别是启动抗肿瘤、抗病毒免疫应答的关键过程。近年来的研究表明力在T细胞免疫反应中起着重要的调控作用，为力学免疫学这一新兴领域奠定了基础。本文重点讨论力协助TCR区分特异性抗原和自身非特异性抗原的机制，以及力在启动TCR跨细胞膜信号传导及触发T细胞激活过程中发挥的关键作用。总结了力学免疫学研究中新的生物物理单分子工具和先进的成像技术，这些工具的能够在分子和细胞尺度上深入揭示力作用的重要性。本文基于国内外专家团队的研究成果，并结合本团队研究工作，对力在T细胞功能中的作用进行总结探讨，为深入理解力学免疫学领域的前沿热点和探索新的研究方向提供系统框架。

    T细胞受体逆锁键力学传导单分子力谱肿瘤免疫治疗力学免疫学

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    细胞伪足断裂的力学行为和微观机制分析

    张一杨媚方舟王乾春...
    806-813页
    查看更多>>摘要：目的 阐明细胞伪足断裂过程中发生的细胞骨架与质膜之间界面破坏的力学机制。方法 使用共聚焦显微镜动态成像技术，捕捉伪足断裂过程中肌动纤维与细胞膜的变形行为。基于圆柱面界面破坏理论模型，研究伪足断裂过程中界面破坏的力学机制。基于分子动力学模拟方法模拟伪足断裂过程，并将模拟结果与理论预测结果比较。开发具有拉伸扭转耦合运动性质的肌动纤维有限元模型，模拟分析有无细胞膜包裹下肌动纤维在拉伸载荷下的扭转行为。结果 理论分析表明，界面破坏的临界载荷与界面裂纹长度之间存在指数关系，临界载荷随着界面强度的增加而增加。纤维截面尺寸对临界载荷的影响与界面裂纹长度有关，在较短和较长尺寸的裂纹下表现出不同的影响。有限元分析表明，细胞膜约束了肌动纤维拉伸过程中的扭转运动。结论 本研究揭示了细胞伪足断裂的力学过程和肌动蛋白纤维与细胞膜界面破坏的力学机制，为探究细胞外囊泡释放等与伪足断裂相关的细胞行为机制提供定量的理论支持。

    细胞伪足伪足断裂界面断裂肌动纤维细胞膜

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    微丝骨架结合蛋白在未成熟树突状细胞抗原吞噬过程中的差异表达分析

    李道红罗代琴曾宪琳张帅...
    814-822页
    查看更多>>摘要：目的 探讨未成熟树突状细胞(immature dendritic cells，imDCs)发挥抗原吞噬功能时关键微丝骨架结合蛋白(microfilament cytoskeleton-binding proteins，MCBPs)的差异表达情况。方法 从健康人外周血中分离单核细胞(monocytes，MOs)，经重组人粒-巨噬细胞集落刺激因子(recombinant human granulocyte-macrophage colony stimulating factor，rhGM-CSF)、重组人白介素-4(recombinant human interleukin-4，rhIL-4)诱导培养 6 天获得imDCs;将imDCs与低分子量(40 kDa)和高分子量(150 kDa)的右旋糖酐分别孵育1、3 和6 h，流式细胞仪检测imDCs吞噬右旋糖酐的比率及免疫表型分子的表达;免疫荧光检测丝状肌动蛋白(filamentous actin，F-actin)及PFN1、WASP、α-actinin在细胞中的定位情况;qPCR和Western blotting分别检测MCBPs在mRNA和蛋白水平的表达差异;最后，基于系统生物学算法中的逐步回归和主成分分析方法筛选成分系数最大的MCBPs。结果 在吞噬抗原的过程中，imDCs对低分子量抗原的吞噬速度更快，吞噬时长可维持约 3 h，其细胞表型和细胞形态逐渐向 mDCs分化，且F-actin发生明显的重塑，PFN1、CDM、WASP、CAPZB、Filamin A、α-actinin等MCBPs的表达下调，WAVE1、Arp2/3 复合体、Fascin的表达上调;信号蛋白Rac1 的mRNA表达上调，CDC42 和RhoA的mRNA表达下调;免疫荧光结果显示，PFN1、WASP、α-actinin在imDCs吞噬抗原过程中发生转位;逐步回归和主成分分析结果显示PFN1 的成分系数最大。结论 PFN1 可能是imDCs吞噬抗原过程中的关键MCBPs，这对于深入理解imDCs细胞骨架结构变化与免疫学功能之间的关系具有重要意义。

    未成熟树突状细胞吞噬微丝骨架微丝骨架结合蛋白系统生物学

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    梯度流体剪应力下破骨前体细胞迁移与胞内钙分布的关联性

    张竞之杨爱玲高颜王淑容...
    823-829页
    查看更多>>摘要：目的 阐明局部梯度流体剪应力(fluid shear stress，FSS)是否会造成胞内Ca2+浓度梯度的特异性分布，并最终决定细胞的迁移方向。方法 利用COMSOL软件对流动腔内FSS分布进行数值模拟。建立FSS作用下破骨前体细胞RAW264。7 胞内Ca2+染色方法，并对细胞施加梯度FSS，定量分析胞内Ca2+浓度分布和动态变化以及细胞迁移参数。结果 破骨前体细胞更倾向于向低FSS区域迁移，且振荡流会调节细胞内Ca2+沿细胞迁移方向分布，当阻断力敏感阳离子选择性通道、磷脂酶C、内质网钙信号通路和清除细胞外钙后，细胞向低FSS方向的迁移速度显著降低，但是沿液体流动方向的迁移速度显著增强。同时，细胞沿液体流动方向的Ca2+分布显著升高。结论 梯度FSS作用下，破骨前体细胞可以感受到这种梯度效应，且胞内Ca2+沿迁移方向的特异性分布，最终导致破骨前体细胞向低FSS区域迁移。研究结果为最终阐明动态外力作用下骨组织重建的细胞和分子机制提供了较为重要的基础数据。

    骨重建破骨前体细胞梯度流体剪应力胞内钙分布细胞迁移

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    虾青素通过调控氧化应激和炎症反应修复压力性损伤

    陈杨马新润王永辉高蓓...
    830-837页
    查看更多>>摘要：目的 探究虾青素对小鼠压力性损伤创面的修复作用。方法 体外实验:用不同浓度虾青素处理成纤维细胞，通过 CCK-8实验检测细胞的增殖活性。随后通过缺氧/复氧诱导成纤维细胞损伤，给予最适浓度虾青素，用DHE荧光探针检测细胞内活性氧水平，RT-qPCR检测细胞内 TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-10、TGF-β 的 mRNA表达。体内实验:将两块圆形磁铁对称吸附于小鼠皮肤两侧，5 h后移除磁铁，以构建压力性损伤模型。随后分组灌胃等量的生理盐水、低剂量虾青素(10 mg/kg)与高剂量虾青素(20 mg/kg)，定期采集创面图像。治疗 7 d后，统计创面愈合率，并采集创面组织进行组织病理学染色。结果 体外:应用虾青素后，缺氧/复氧损伤成纤维细胞内DHE荧光强度显著降低，TNF-α、IL-1β、IL-6 mRNA表达水平明显下调，TGF-β、IL-10 mRNA表达显著上调(P<0。05)。体内:高剂量虾青素组创面愈合率显著提高，DHE荧光强度显著降低，创面组织TNF-α、IL-6明显减少，TGF-β、IL-10 明显增多(P<0。05)。结论 虾青素可显著改善氧化应激，减轻炎症反应，对压力性损伤创面具有保护作用。

    虾青素抗氧化剂压力性损伤缺血-再灌注缺氧/复氧损伤

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    分叉血管边支斑块及继生斑块发生发展趋势的动态模拟

    刘昭孙浩陶克怡杜田明...
    838-845页
    查看更多>>摘要：目的 考虑血管重构和低密度脂蛋白(low-density lipoproteins，LDL)沉积，探讨分叉血管边支斑块的生长发展趋势，以及因斑块存在而可能引发继生斑块的生长位置。方法 建立分叉血管理想化模型，用计算流体力学方法获取边支斑块生长前后壁面切应力分布。在低切应力区域截取 7 个截面:截面 1～3 为斑块生成前边支的低切应力区域;截面 4、5 为斑块上、下游边缘;截面 6、7 为斑块下游低切应力区域。模拟截面内血管重构和LDL沉积，讨论斑块的生长和发展趋势。结果 截面1～3中，截面2产生了明显的负性重构和最高浓度LDL沉积(102。266 mmol/L)，说明此处是动脉粥样硬化斑块的起始位置。当斑块产生后，相比于截面 4，截面 5 产生了更明显的血管重构，并造成管腔的狭窄和最高的沉积浓度(110。17 mmol/L)，说明斑块有向下游偏心生长的趋势。相比于截面 6，截面 7(血液流动分离再附着点)产生了更明显的负性重构和最高的沉积浓度(93。851 mmol/L)，说明血液流动分离再附着点附近有生成新斑块的可能。结论 边支低切应力处产生明显血管重构导致管腔狭窄，并引发LDL的高浓度沉积，形成动脉粥样硬化斑块。其中，分叉血管的外侧壁为动脉粥样硬化斑块生长的起始位置。在斑块生长后斑块有向下游发展的趋势，在流动分离再附着点有形成继生斑块可能。

    分叉血管动脉粥样硬化血管重构低密度脂蛋白沉积数值模拟

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    利用随机有限元法模拟聚合物血管支架降解过程

    牛文娟周鹏王强
    846-852页
    查看更多>>摘要：目的 针对生物可降解血管支架植入后产生的晚期支柱血栓问题，建立随机有限元模型，从分子量和应力角度对聚合物血管支架降解过程进行生物力学分析。方法 建立以聚乳酸(poly lactic acid，PLA)高分子材料为例的可降解血管支架降解过程的数学模型，利用COMSOL软件将数学模型导入并完成有限元模型的构建;对有限元模型进行随机化处理，分析不同随机参数和标准差对分子量的影响以及降解过程中的应力分布。结果 可降解聚合物血管支架在人体的降解过程中，随机变量Mn0 和 8%标准差对分子量分布的影响最为显著;参数随机化会导致聚合物血管支架降解过程中断裂强度的分布范围更广，最小值更低。结论 聚合物血管支架材料中分子量分布的不均匀性导致支架不同位置上的力学性能差异，进而引起材料内部的应力集中现象，最终导致支架在降解过程中发生非均匀破碎，成为后期支架血栓形成的决定性因素。研究结果为下一代可降解血管支架设计提供理论指导。

    可降解聚合物血管支架降解模型非均匀破碎分子量应力

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    数据驱动下合并狭窄左冠状动脉瘤血流动力学参数反演方法

    石政加孙丽芳赵明轩纪猛强...
    853-859页
    查看更多>>摘要：目的 探究应用机器学习预测合并狭窄左冠状动脉瘤血流动力学参数预测。方法 首先根据临床统计的合并狭窄左冠状动脉瘤几何参数范围进行参数化建模和仿真，将得到的仿真数据作为数据集，通过搭建两种常见的机器学习模型并训练优化，对壁面剪切力(wall shear stress，WSS)和压力这两个关键的血流动力学参数进行预测反演。通过对比分析这些模型在训练集和测试集上的表现，评估各个模型的准确性，验证数据驱动下合并狭窄左冠状动脉瘤血流动力学参数预测的有效性。结果 确定了机器学习方法在动脉瘤血流动力学参数反演的有效性。对于WSS预测，训练后深度学习模型和随机森林模型的均方误差(mean squared error，MSE)、平均绝对误差(mean absolute error，MAE)、决定系数R2 分别达到了 0。052 8、0。032 2、0。988 3 和 0。078 2、0。046 3、0。976 6。对于压力预测，深度学习模型和随机森林模型预测精度相当，MSE、MAE、R2 分别为 4。67×10-6、3×10-4、0。999 7 和 1。07×10-5、5×10-4、0。999 3。结论 机器学习方法在预测合并狭窄冠状动脉瘤模型的血流动力学参数方面表现出较高的精度，在进行机器学习预测时需要综合考虑模型的预测准确性、计算效率以及应用场景的需求，根据具体情况选择合适的模型。研究解果具有一定的临床意义，有助于医生更准确地评估患者病情，为心血管疾病的诊疗提供新思路和方法。

    动脉瘤数值模拟机器学习深度学习随机森林血流动力学

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    双开窗技术治疗复杂主动脉夹层的血流动力学分析

    王旭韩青松白李波冯海全...
    860-865页
    查看更多>>摘要：目的 依据临床手术统计实例，探究双开窗分支支架不同深度植入病变胸主动脉后对血流场的影响。方法 建立胸主动脉、胸主动脉覆膜支架以及分支血管覆膜支架，采用有限元计算方法，对分支支架不同深度(5、10、15 mm)植入病变主动脉进行分析，借助体外测速实验平台，进行实验验证。结果 分支支架不同深度植入胸主动脉对维持血流场稳定灌注存在一定规律，其中D10-5 组(左颈总动脉分支支架、左锁骨下动脉分支支架植入深度分别为 10、5 mm)的分支血管血流灌注率处于良好水平，TAWSSmax 为最低水平的 44。94 Pa，为仿真结果最优组。结论 保持左锁骨下动脉分支支架植入胸主动脉较短的情况下，适当增加左颈总动脉分支支架植入主动脉的深度，可以获得更为稳定的血流场。研究结果为临床双开窗技术实践提供理论参考。

    胸主动脉治疗双开窗技术血流动力学实验研究

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