细胞流变响应从类流体到类固体的普适性转变机制及其生物力学意义

来自国内的研究人员通过原子力显微镜-微流变技术（AFM-microrheology）首次揭示了单细胞在宽频域内存在两阶段幂律流变行为，发现细胞弹性模量与转变时间负相关，幂律指数与转变时间正相关，该研究为细胞力学状态评估提供了六项关键指标，对病理机制研究和细胞力学诊断具有重要价值。

　　

细胞力学特性对解析生理与病理过程至关重要。研究发现细胞在低频区呈现普适性幂律流变行为（power-law rheology），而在高频区则表现出不同特性，其间转变区域长期未被深入探索。通过原子力显微镜-微流变技术（AFM-microrheology）对多种细胞类型（原代造血干细胞、海马神经元细胞系、人牙髓干细胞）进行研究，首次揭示了普适性的两阶段幂律流变行为：细胞在短时标表现为类流体（fluid-like），在长时标表现为类固体（solid-like）。为量化转变区域，研究者提出"转变时间（transition time）"参数，并发现所有细胞类型的转变时间随弹性模量（elastic moduli）增大而减小，随幂律指数（power-law exponent）增大而增大。基于自相似层级模型（self-similar hierarchical model），研究团队提出了理论方法以确定转变时间范围的上下限，实验数据与理论预测高度吻合。此外，研究还提出六项关键力学指标，可全面表征单细胞的动态与静态力学特性，有效区分细胞类型并评估细胞力学状态。该研究为理解细胞从类流体到类固体行为的粘弹性转变提供了新视角，揭示了生物力学过程中多时标调控的机制。