Suppr超能文献

肌成纤维细胞形状与收缩的三维相关性研究。

On the Three-Dimensional Correlation Between Myofibroblast Shape and Contraction.

机构信息

James T. Willerson Center for Cardiovascular Modeling and Simulation, The Oden Institute for Computational Engineering and Sciences, The University of Texas at Austin, Austin, TX 78712; Department of Biomedical Engineering, The University of Texas at Austin, Austin, TX 78712.

James T. Willerson Center for Cardiovascular Modeling and Simulation, The Oden Institute for Computational Engineering and Sciences, The University of Texas at Austin, Austin, TX 78712; Department of Biomedical Engineering, The University of Texas at Austin, Austin, TX 78712; Department of Mechanical Engineering, Boston University, Boston, MA 02215.

出版信息

J Biomech Eng. 2021 Sep 1;143(9). doi: 10.1115/1.4050915.

Abstract

Myofibroblasts are responsible for wound healing and tissue repair across all organ systems. In periods of growth and disease, myofibroblasts can undergo a phenotypic transition characterized by an increase in extracellular matrix (ECM) deposition rate, changes in various protein expression (e.g., alpha-smooth muscle actin (αSMA)), and elevated contractility. Cell shape is known to correlate closely with stress-fiber geometry and function and is thus a critical feature of cell biophysical state. However, the relationship between myofibroblast shape and contraction is complex, even as well in regards to steady-state contractile level (basal tonus). At present, the relationship between myofibroblast shape and basal tonus in three-dimensional (3D) environments is poorly understood. Herein, we utilize the aortic valve interstitial cell (AVIC) as a representative myofibroblast to investigate the relationship between basal tonus and overall cell shape. AVICs were embedded within 3D poly(ethylene glycol) (PEG) hydrogels containing degradable peptide crosslinkers, adhesive peptide sequences, and submicron fluorescent microspheres to track the local displacement field. We then developed a methodology to evaluate the correlation between overall AVIC shape and basal tonus induced contraction. We computed a volume averaged stretch tensor ⟨U⟩ for the volume occupied by the AVIC, which had three distinct eigenvalues (λ1,2,3=1.08,0.99, and 0.89), suggesting that AVIC shape is a result of anisotropic contraction. Furthermore, the direction of maximum contraction correlated closely with the longest axis of a bounding ellipsoid enclosing the AVIC. As gel-imbedded AVICs are known to be in a stable state by 3 days of incubation used herein, this finding suggests that the overall quiescent AVIC shape is driven by the underlying stress-fiber directional structure and potentially contraction level.

摘要

肌成纤维细胞负责所有器官系统的伤口愈合和组织修复。在生长和疾病期间,肌成纤维细胞可以经历表型转变,其特征在于细胞外基质(ECM)沉积率增加、各种蛋白质表达的变化(例如,α-平滑肌肌动蛋白(αSMA))和收缩力升高。细胞形状与应力纤维的几何形状和功能密切相关,因此是细胞生物物理状态的关键特征。然而,肌成纤维细胞形状和收缩之间的关系很复杂,即使是在稳态收缩水平(基础张力)方面也是如此。目前,三维(3D)环境中肌成纤维细胞形状和基础张力之间的关系还了解甚少。在此,我们利用主动脉瓣间质细胞(AVIC)作为代表性的肌成纤维细胞来研究基础张力和整体细胞形状之间的关系。AVIC 被嵌入含有可降解肽交联剂、粘附肽序列和亚微米荧光微球的 3D 聚乙二醇(PEG)水凝胶中,以跟踪局部位移场。然后,我们开发了一种评估 AVIC 整体形状与基础张力诱导收缩之间相关性的方法。我们计算了 AVIC 占据的体积的体积平均拉伸张量 ⟨U⟩,该张量具有三个不同的特征值(λ1,2,3=1.08,0.99, 和 0.89),表明 AVIC 形状是各向异性收缩的结果。此外,最大收缩方向与包围 AVIC 的外接椭圆体的最长轴密切相关。由于在此处使用的 3 天孵育中,凝胶嵌入的 AVIC 已知处于稳定状态,因此这一发现表明,整体静止的 AVIC 形状是由基础应力纤维的定向结构和潜在的收缩水平驱动的。

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