• 2019年第34卷第2期文章目次
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      2019, 34(2).

      摘要 (1065) HTML (0) PDF 722.12 K (1525) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • 封面

      2019, 34(2).

      摘要 (1018) HTML (0) PDF 921.26 K (1431) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • >述评
    • 肿瘤生物力学新进展

      2019, 34(2):115-120.

      摘要 (1554) HTML (0) PDF 765.41 K (917) 评论 (0) 收藏

      摘要:癌症的发生、发育、诊断和治疗均涉及力学、物理学、化学、生物学等因素之间复杂的相互作用与耦合关联。肿瘤生物力学不仅具有非常重要的科学价值,而且可以为癌症的临床诊断和治疗提供理论基础。从细胞和组织两个侧面简要介绍肿瘤生物力学的一些进展,重点关注国内学者近年来取得的成果,包括癌细胞胞外基质之间的相互作用、血管生成、肿瘤生长等的实验和理论研究。

    • >骨骼肌肉系统生物力学
    • 基质刚度通过调节YAP活化控制乳腺癌细胞的耐药性

      2019, 34(2):121-126.

      摘要 (1184) HTML (0) PDF 4.03 M (934) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探究肿瘤细胞外基质刚度调控细胞耐药性的详细分子机制。方法 制备不同基质刚度的软基底(10 kPa)、硬基底(38 kPa)和刚性基底(57 kPa)聚丙烯酰胺水凝胶,模拟体内乳腺癌不同阶段的物理基质刚度。结果 硬基底刚度上的乳腺癌细胞增殖率明显高于软基底和刚性基底。乳腺癌细胞对阿霉素的内吞在硬基底上显著低于软基底和刚性基底。在硬基底上YAP的入核水平相比软基底和刚性基底显著增加,证实YAP是参与肿瘤细胞耐药性的关键分子。结论 基质刚度可通过YAP活化调节乳腺癌细胞的耐药性。研究结果不仅为阐明乳腺癌细胞耐药机制提供新方向,也为开发乳腺癌治疗的药物传递系统奠定新基础。

    • 基于let7-LIN28双稳态现象的动力学建模与抗耐药策略分析

      2019, 34(2):127-132.

      摘要 (1157) HTML (0) PDF 6.99 M (507) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探究不同参数对癌细胞中let7-LIN28负反馈系统双稳态性质的影响,以求找到对该双稳态系统影响较大的参数,为调节治疗时产生的细胞耐药性提供思路。方法 通过动力学建模研究二维系统双稳态,通过绘制系统零线图观察系统双稳态特性随参数取值改变而发生的变化。结果 各参数对系统双稳态特性的影响程度存在差异,改变参数取值可以调节系统的双稳态特性,甚至可以实现双稳态与单稳态的切换。结论 对敏感度较高的参数进行有针对性的调节可以达到控制细胞耐药性的目的。

    • 基质刚度对肝癌细胞增殖及糖代谢的影响

      2019, 34(2):133-138.

      摘要 (1699) HTML (0) PDF 2.19 M (632) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究不同基质刚度对肝癌细胞HepG2增殖和糖代谢的影响,探究细胞外基质(extracellular matrix,ECM)刚度对肝癌细胞代谢和生物学行为影响的相关性。方法 采用CCK8和细胞计数法检测培养在不同刚度基质上HepG2细胞增殖的变化,利用2-(N-7-硝基-2,1,3-苯并恶二唑-4-氨基)-2-脱氧-D-葡萄糖(2-NBDG)并通过流式细胞术检测基质刚度对HepG2葡萄糖摄取的影响,利用荧光定量RT-PCR检测基质刚度对HepG2葡萄糖转运蛋白1(glucose transporter 1,Glut1)表达的影响,并利用糖酵解抑制剂2-脱氧葡萄糖(2-deoxy-D-glucose,2-DG)阻断糖酵解途径后检测基质刚度对HepG2细胞增殖的影响。结果 随基质刚度增加,HepG2细胞增殖能力、葡萄糖摄取和Glut1表达都显著增加。糖酵解途径被阻断后,不同刚度基质上HepG2细胞增殖能力基本相同。结论 肝癌细胞所处力学微环境对肝癌细胞的增殖有重要影响;较大的基质刚度可能通过调控糖代谢途径促进肝癌细胞的增殖。研究结果为肝癌的临床治疗以及糖代谢为治疗靶点的药物开发提供相应的实验依据。

    • 循环肿瘤细胞的微流控芯片分离及其物理性质测量分析

      2019, 34(2):139-144.

      摘要 (1200) HTML (0) PDF 1.73 M (610) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 建立一种使用微吸管测量具有良好生理活性的循环肿瘤细胞(circulating tumor cells, CTCs)弹性模量的方法。方法 使用商品化的微流控芯片富集血液中具有良好生理活性的CTCs,使用EpCAM抗体确定CTCs,并使用微吸管测量其弹性模量,同时与癌细胞系弹性模量相对比。结果 对于癌细胞系的弹性模量,不仅在不同细胞系间存在较大的差异,在同一细胞系间也存在较大的异质性。血液中CTCs相比于同种癌细胞系属于弹性模量较小的癌细胞。结论 该方法能够获得生理活性较好的CTCs并测量其弹性模量,为进一步研究CTCs力学特性与癌症诊断和治疗预后之间的相关关系,推进癌细胞物理标志物的发展提供细胞力学数据支持。

    • 肿瘤细胞间黏附性对免疫逃逸的影响

      2019, 34(2):145-152.

      摘要 (1046) HTML (0) PDF 7.77 M (405) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究肿瘤细胞间黏附力改变对人体细胞免疫反馈的影响。方法 建立基于网状波茨模型(cellular Potts model,CPM)模型理论的肿瘤生长-细胞免疫反馈模型,并模拟肿瘤细胞的生长过程以及人体细胞免疫反馈系统。观察不同肿瘤间黏附力时肿瘤受免疫系统的影响情况。结果 肿瘤细胞间黏附力正常时,肿瘤在免疫系统强度较低时逃逸,在免疫系统强度较高时被消灭。肿瘤细胞间黏附力较低时,肿瘤在免疫系统强度较低时逃逸,免疫系统强度较高时发生震荡,肿瘤无法被消灭。结论 较高的肿瘤间黏附性不利于肿瘤逃避免疫系统,降低肿瘤间黏附力的大小能够有效帮助肿瘤逃避免疫系统的杀灭。当肿瘤极度扩散时,免疫系统将无法将肿瘤彻底消灭。

    • 一种对混养细胞基于形态的细胞分选方法

      2019, 34(2):153-159.

      摘要 (1098) HTML (0) PDF 10.87 M (441) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 通过对采集的细胞图像的定量识别,并结合基于机器学习的聚类分析,实现对混合培养的多种细胞基于形态的快速识别分选。方法 对体外混合培养的A549和3T3两种细胞进行免疫荧光染色以表征其形态轮廓,利用CellProfiler对采集的荧光图片进行细胞形态特征的提取,再通过CellProfiler Analyst对提取的数据进行机器学习,训练出一种规则,形成一种泛化能力,以达到对混合培养的两种细胞进行识别分选的目的。结果 训练分类器准确率为81-24%,可以实现A549和3T3细胞的二分类。结论 机器学习有助于提升数据聚类分析的准确率,将其应用于细胞图像的识别,可为临床对组织切片进行快速病理检测提供预判断,从而减轻医生的工作量,提高诊断的准确率。

    • >力学生物学
    • 新型可降解锌合金支架的结构设计及其力学性能分析

      2019, 34(2):160-165.

      摘要 (1448) HTML (0) PDF 4.02 M (668) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 对比分析一款新结构可降解支架和传统结构可降解支架力学性能和对狭窄血管的治疗效果。方法 利用有限元数值模拟,将新结构支架和传统结构支架分别植入直径狭窄为30%的血管,对比分析两种支架的支撑性能及其对狭窄血管重构的影响。结果 与传统结构支架相比,新结构支架的径向回弹率和狗骨头率分别降低了26.6%和34.7%。此外,植入新结构支架的狭窄血管回弹较小,拥有更平滑更大的管腔。结论 对比传统结构支架,新结构支架具有更高的支撑性能,对狭窄血管的治疗效果更佳。具有高支撑性能的新结构支架有望成为临床介入治疗设备的新选择。

    • 颈内动脉血流动力学研究:多尺度单、双向耦合模型对比

      2019, 34(2):166-172.

      摘要 (1364) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 比较多尺度单、双向耦合模型所得颈内动脉中血流动力学差异,为后续研究提供模型选择的参考依据。方法 基于1例颈内动脉轻度狭窄患者的核磁图像,构建其Willis环集中参数模型及颈内动脉三维模型,通过单、双向耦合构建两种不同的多尺度模型。结果 随着狭窄程度的增加,两种耦合方式下颈内动脉入口及出口血流量、血压均随之减小,颈内动脉低时间平均剪切力和高振荡因子的分布区域均大体上随着狭窄程度增加而增大。双向耦合在70%狭窄时大脑前动脉血管段剪切力较低、振荡因子较高,后交通动脉出现流向改变,与单向耦合结果差异显著。结论 在狭窄程度较低时,两种耦合方式的结果大体一致,在70%狭窄时存在显著差异。双向耦合的结果更接近生理参数。研究结果可以更好地应用于脑血管病的血流动力学研究。

    • 新型电磁搏动式血泵的实验研究

      2019, 34(2):173-178.

      摘要 (1238) HTML (0) PDF 894.90 K (525) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探究一种新型电磁搏动式血泵的动力输出性能及血液相容性。方法 首先通过建立理论模型对该血泵驱动力进行分析,并基于该模型计算出满足条件的实验驱动电压。设计体外模拟循环实验,对新型血泵的输出流量和输出压力特性及血泵的体外溶血性能进行初步实验研究。结果 实验测得当血泵后负荷为73-5 mmHg(9-78 kPa, 1 mmHg=0-133 kPa)、驱动电压达到35 V、搏动频率为75/min时,实际输出的流量为3-18 L/min,可以提供高压132 mmHg(17-56 kPa)、低压66 mmHg(8-78 kPa)、平均压力98 mmHg(13-03 kPa),体外实验标准溶血指数(normalized index of haematolysis, NIH)为(0-049 15±0-003 75) mg/dL。结论 该新型搏动式血泵能够满足离体器官灌注和体外循环短期辅助的临床要求,对体外循环血泵的发展具有重要意义。

    • 不同尺寸参数对双极高频电刀热应力场的影响

      2019, 34(2):179-185.

      摘要 (1387) HTML (0) PDF 5.95 M (482) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 分析不同尺寸参数对双极高频电刀热应力场的影响规律。方法 基于有限元分析软件ANSYS,对双极高频电刀工作过程中的热应力场进行系统的电热耦合仿真分析,研究3种不同绝缘层厚度(0-5、1-0、1-5 mm)、电极厚度(0-5、1-0、1-5 mm)以及涂层厚度(3、6、9 μm)对高频电刀各部分热应力场的影响。结果 绝缘层厚度越大,心肌组织由于热应力产生的变形量越小,即高频电刀工作过程中绝缘层厚度与心肌组织的热变形量成反比;对于3种电极厚度而言,选取1-0 mm更为合适;对于3种涂层厚度而言,选取6 μm更为合适。结论 高频电刀各组成部件的尺寸参数对其工作过程中的热应力场有重要的影响,研究结果可为高频电刀的设计开发提供指导。

    • 单髁膝关节置换胫骨元件不同固定柱形状的有限元分析

      2019, 34(2):186-192.

      摘要 (1247) HTML (0) PDF 4.06 M (492) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 针对单髁膝关节置换后胫骨前内侧疼痛、胫骨元件松动以及对侧关节炎恶化的问题,通过有限元方法比较分析胫骨元件固定柱的不同几何形状对胫骨应力分布的影响。方法 建立有效的单髁膝关节置换有限元模型,对胫骨元件固定柱的形状进行设计。在相同的加载条件下,分别对双柱形、单脊形、双脊形和十字星形胫骨元件进行有限元分析,并与完整膝关节模型进行对比,评估胫骨元件固定柱不同形状设计对胫骨前内侧皮质骨应力、胫骨截骨面松质骨应力、胫骨对侧软骨应力的影响。结果 单髁置换后胫骨前内侧皮质骨应力峰值均增大。与完整膝关节相比,在双柱形、单脊形、双脊形和十字星形胫骨元件固定柱的模型中,胫骨前内侧皮质骨应力峰值分别增加56.1%、55.9%、54.5%和68.4%。单脊形和双脊形胫骨元件松质骨截骨面应力峰值比完整胫骨分别减小8.1%和15.6%,而双柱形和十字星形则分别增大67.9%和121.5%,超过松质骨的疲劳屈服应力。双柱形、单脊形、双脊形和十字星形胫骨固定柱对应的胫骨对侧软骨应力峰值相比于完整胫骨分别减小42.1%、26.6%、24.2%和28.5%。结论 单髁膝关节置换改变了胫骨内外侧的载荷分布,使置换侧承受更大的载荷。单脊形和双脊形胫骨元件在降低胫骨前内侧皮质骨和截骨面松质骨应力方面效果更好,其中单脊形胫骨元件更接近完整膝关节胫骨的应力分布。研究结果可为设计更符合膝关节力学性能的单髁膝关节假体提供理论依据。

    • 聚醚醚酮(PEEK)个性化重建板修复下颌骨缺损的三维有限元分析

      2019, 34(2):193-199.

      摘要 (1145) HTML (0) PDF 5.65 M (516) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 应用三维有限元分析聚醚醚酮(PEEK)及其复合物重建板修复下颌骨缺损的应力分布。方法 通过CBCT、Mimics、SolidWorks、Geomagic Studio和 ANSYS Workbench等软件建立钛合金、聚醚醚酮(PEEK)、30%碳纤维增强聚醚醚酮(carbon-fiber-reinforced polyetheretherketone,CFR-PEEK)、68%CFR-PEEK重建板有限元模型,以钛合金作为对照。分别模拟两种咬合状态。载荷Ⅰ:前牙区垂直加载300 N;载荷Ⅱ:左侧后牙区垂直加载300 N。结果 两种载荷下,重建板最大应力与其屈服强度的比值:PEEK模型>30%CFR-PEEK模型>钛合金模型>68%CFR-PEEK模型;颌骨最大应力:PEEK模型>30%CFR-PEEK模型>钛合金模型>68%CFR-PEEK模型。其中,在前牙区垂直载荷下,PEEK模型重建板和颌骨的最大应力都超过了其屈服强度,其他模型的最大应力均低于其屈服强度。结论 68%CFR-PEEK与钛合金有着相似的应力分布,可以满足颌骨缺损重建机械强度的要求,重建板出现断裂的风险较钛合金降低,但应力屏蔽的发生率略增高。研究结果可为修复下颌骨缺损的重建板材料的选择和临床应用提供依据。

    • 骨化三醇通过PI3K/AKT促进BMP9诱导的间充质干细胞成骨分化作用

      2019, 34(2):200-206.

      摘要 (1222) HTML (0) PDF 9.19 M (510) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究骨化三醇(calcitriol)对骨形态发生蛋白9(bone morphogenetic protein 9,BMP9)诱导的间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)成骨分化作用的影响。方法 实验分为4组:对照组、calcitriol组、BMP9组、calcitriol联合BMP9组。通过PNPP 法检测各组碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)活性;通过RT-PCR和Western blotting方法检测成骨分化标记物骨钙蛋白(osteocalcin,OCN)和骨桥蛋白(osteopontin,OPN)表达变化,同时检测AKT和β-catenin磷酸化水平以及和ALP活性水平;茜素红染色检测矿化结节形成。此外,用原子力显微镜测试MSCs成骨分化过程中细胞形态及细胞弹性模量改变。结果 calcitriol单独作用对MSCs成骨分化过程无明显作用,但是calcitriol可以增强BMP9诱导MSCs的ALP、OCN、OPN表达和矿化结节形成。同时,calcitriol和BMP9作用均不影响细胞弹性模量数值。BMP9 和calcitriol联合作用可以增强AKT和β-catenin磷酸化水平,而PI3K抑制剂应用以后可以抑制这种磷酸化变化,并抑制联合作用后的ALP活性。calcitriol作用以后不影响BMP9诱导的BMP/Smad信号通路。结论 calcitriol通过激活PI3K/AKT信号通路从而协同BMP9 促进MSCs成骨分化。研究不同调控因子对MSCs成骨分化的作用及机制对于骨质疏松等疾病的治疗和骨组织工程的发展有一定意义。

    • 跑步时足偏角对胫骨冲击影响的探索性研究

      2019, 34(2):207-212.

      摘要 (1186) HTML (0) PDF 994.48 K (471) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探究跑步时足偏角对胫骨冲击的影响。方法 15名健康成年受试者分别以惯用、内八、外八的步态跑步,比较跑步者在不同足偏角跑步时的胫骨冲击(通过冲击峰值、平均加载率、最大加载率和最大胫骨加速度表征),探究跑步时足偏角对胫骨冲击是否有影响。并且比较跑步者不同步态下的躯干前倾角、着地方式、步频和步宽的变化,探究影响可能的原因。结果 与惯用步态相比,内八和外八步态的最大胫骨加速度分别显著增加19.3%和24.5%,冲击峰值均显著增加7.6%,平均加载率分别显著增加7.9%和9.5%,最大加载率分别显著增加3.9%和10.9%。没有观测到躯干前倾角、着地方式、步频和步宽的显著性变化。结论足偏角有可能是除躯干前倾角、着地方式、步频和步宽外的另一种影响胫骨冲击的步态运动学参数,对其进行进一步研究将对预防胫骨应力性骨折提供重要参考。

    • >感觉系统生物力学
    • 人体动脉系统旋动流原理的潜在临床应用

      2019, 34(2):213-218.

      摘要 (1051) HTML (0) PDF 2.68 M (476) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于主动脉三维螺旋结构的存在,血流在心脏收缩期成旋动流态。这种旋动流态是人体的一种典型的血流形态,广泛存在于人体的动脉系统中。研究证明,旋动流有着多种积极生理意义,可以促进血液流动运输,抑制血流扰动,防止致动脉粥样硬化性脂质低密度脂蛋白在动脉腔表面的沉积,促进氧气输送到动脉壁的输运和减少血细胞在血管表面的黏附。本文对旋动流原理在临床上的潜在应用进行综述,以期能为血管疾病治疗方案及植介入器械的优化设计提供指导。

    • 牙周膜生物力学特性的体内实验研究方法进展

      2019, 34(2):219-224.

      摘要 (1192) HTML (0) PDF 1.39 M (533) 评论 (0) 收藏

      摘要:了解牙周膜的生物力学属性对于取得更好的正畸治疗效果有很大的指导意义。由于牙周膜结构的复杂性,以往的相关研究主要应用体外实验方法,然而体外实验有其局限性,为获得更精确真实的数据,开展牙周膜生物力学特性的体内实验成为未来的发展趋势。针对现有探究牙周膜生物力学性质体内实验的方法、种类、进展、优缺点等展开综述,并进行展望。

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