多尺度计算模型解析细胞动态拉伸对染色质重组及干细胞衰老的影响

《Scientific Reports》：A computational model of mechanical stretching of cultured cells on a flexible membrane

　　

摘要

在本研究中，我们建立了一个计算模型，模拟细胞在柔性膜上被拉伸的过程。这种配置与许多体外实验系统非常相似，这些实验系统用于研究机械拉伸对培养细胞的影响。利用该模型，我们分析了细胞在动态拉伸过程中所经历的复杂应力与应变模式。我们将这些细胞内的应力与染色质变形的简单模型联系起来，以大致估算由于核应变导致的染色质重组情况。这个多尺度细胞拉伸模型为细胞对动态基底变形的应变响应提供了一个初步的近似描述。我们的模拟确定了最佳施加应变范围，该范围能够在不造成细胞损伤的情况下引起染色质扩张。这一通过计算得出的最佳应变范围与我们实验室的最新实验结果一致：实验表明，相同的应变水平能够最大化Yap/Taz蛋白在细胞核中的定位，并减轻间充质干细胞（MSCs）的衰老现象。这些成果为理解细胞对机械刺激的反应提供了计算框架，有助于优化实验设计，并推进干细胞研究和组织工程领域中机械生物学的理解。