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考虑骨基质压电性的骨细胞模型的生物力学分析
Acta Mechanica Sinica ( IF 3.8 ) Pub Date : 2024-06-26 , DOI: 10.1007/s10409-024-23533-x Xiyu Wang , Zhengbiao Yang , Yanru Xue , Yixian Qin , Meng Zhang , Jing Chen , Pengcui Li , Xiaochun Wei , Haoyu Feng , Liming He , Yanqin Wang , Xiaogang Wu , Weiyi Chen
骨细胞是骨骼中的主要细胞,在感知外部负荷环境和调节其他骨细胞方面发挥着至关重要的作用。由于构成骨骼的矿化基质和胶原蛋白的压电效应,将受到的机械刺激转化为电刺激,从而影响骨骼的重建。尽管骨细胞很重要,许多研究都集中在其机械载荷和流体流动方面,但在微尺度上各种机械传感器的压电效应研究方面仍存在差距。在本文中,我们开发了包含压电骨基质的骨细胞有限元模型。该模型是全面的,包括被腔隙包围的骨细胞细胞体、被小管包围的骨细胞突起以及插入的带电离子液体。此外,它还具有机械传感器,例如胶原蛋白小丘和初级纤毛。在我们的研究中,我们对压电骨基质模型进行三轴位移,随后评估骨细胞内不同机械传感器的电信号变化。各种机械传感器观察到的机械感知差异主要归因于与其他方向相比,偏振方向上更大的液体速度变化。胶原小丘对压电信号不敏感,主要用于通过固体与固体接触机械地传输信号。相反,突起和初级纤毛对压电信号高度敏感。有趣的是,与其他方向的过程相比,电场方向的过程表现出差分压电信号感知。 初级纤毛对流体流动压力变化特别敏感,流体流动压力变化受到加载速率和外部压电效应的影响。总的来说,我们的研究结果阐明了压电环境中骨细胞内机械感知的复杂性。这为我们的理解增加了一个新的维度,并为骨重建和细胞机械行为传递的未来研究提供了途径。
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