Atomistiques Mécanismes Régissant La Limite élastique Et La Plasticité Naissante Dans Les Cristaux

Nature. Jul, 2002  |  Pubmed ID: 12124619

Simulations et expériences contacts échelle nanométrique démontrent le potentiel de sonder la plasticité naissante--le début de la déformation permanente--dans les cristaux. Ces études aussi soulignent la nécessité de comprendre les mécanismes qui régissent la nucléation de défaut dans un large éventail de domaines et d'applications. Ici, nous présentons un cadre fondamental pour la description de plasticité naissante qui combine les résultats de la modélisation atomistique et finis, les concepts théoriques de stabilité structurelle à la déformation finie et analyse expérimentale. Nous quantifions les deux principales caractéristiques de la nucléation et évolution ultérieure des défauts. Un critère sensible à la position fondé sur la stabilité élastique détermine l'emplacement et le caractère des défauts nucléées homogène. Nous validons ce critère de stabilité à l'atomistique et les niveaux du continuum. Nous proposons ensuite une interprétation détaillée de la séquence observée expérimentalement des coups de déplacement pour élucider le rôle des sources secondaires défaut agissant localement à des niveaux de stress beaucoup plus petites que la force idéale requise pour la nucléation homogène. Ces résultats fournissent une explication self-consistante de la réponse en plastique élastique discontinue dans les mesures de nanoindentation, ainsi qu'un guide d'études fondamentales dans de nombreuses disciplines qui visent à quantifier et à prédire l'initiation et les premiers stades de la plasticité.

Qu'in Vivo Défaillance Des Dispositifs De NiTi Pseudo-élastique Sous Oligocyclique, Fatigue De Forte Amplitude

Journal of Biomedical Materials Research. Part B, Applied Biomaterials. Jan, 2005  |  Pubmed ID: 15389502

En raison des grandes déformations réversibles réalisables par le biais de la transformation de phase d'austénite-martensite induite par le stress dans les alliages NiTi, NiTi a remplacé en acier inoxydable dans la majorité des grandes déformations des applications biomédicales telles que l'élargissement du canal radiculaire. Cependant, la pseudoelasticity de NiTi est actuellement éclipsé par la court à la fatigue de NiTi fils utilisés dans ce cycle faible (200-2000 tr/min), application de forte amplitude (epsilon(a) > 2,5 %), entraînant une fracture in vivo ou retraite prématuré des appareils réutilisables sinon fils NiTi-basé. Dans cette étude, l'échec de Pseudo-élastique 55,8 % en poids fil NITI est étudiée expérimentalement, en fonction des paramètres expérimentaux qui incluent le régime cliniquement pertinent. Les effets du rayon de courbure, l'angle de courbure, diamètre du fil, amplitude de déformation, fréquence cyclique, volume sous contrainte et chaleur spécifique du fluide environnant environnementaux sont considérés systématiquement. Ces données indiquent que la durée de vie ou de cycles jusqu'à la rupture n (f) d'un fil NiTi rotatif peuvent être prédite par une relation de cercueil-Manson modifiée qui est une fonction forte d'amplitude de déformation et de volume sous contrainte et fonction de la fréquence et fluide chaleur spécifique plus faible. La relation quantitative qui en résulte peut servir à prédire la durée de vie utile dispositif dans des conditions cliniques appropriées et ainsi réduire l'incidence de l'échec in vivo.

Tuning Conformité De Multicouches De Polyélectrolytes Nanométriques Pour Moduler L'adhésion Cellulaire

Biomaterials. Dec, 2005  |  Pubmed ID: 15972236

Il est bien connu que des stimuli mécaniques induisent des réponses cellulaires allant de réorganisation morphologique à la sécrétion de minérale, et cette stimulation mécanique par la modulation des propriétés mécaniques des substrats cellulaires affecte la fonction cellulaire in vitro et in vivo. Cependant, il sont a quelques approches par lequel la conformité mécanique du substrat auquel les cellules adhèrent et grandissent peut être déterminée quantitativement et variée indépendantes de la composition chimique des substrats. Méthodes générales par lequel état mécanique peut être quantifié et modulé au niveau des populations cellulaires sont essentiels à la compréhension et génie des matériaux qui favorisent et maintiennent le phénotype cellulaire pour des applications telles que des constructions de tissu vasculaire. Ici, nous appliquons le contact mécanique de nanoindentation pour mesurer la conformité mécanique de multicouches de polyélectrolytes faible (SEMP) d'épaisseur nanométrique et explorer les effets de cette conformité accordable pour des applications de substrats cellulaires. Nous montrons que les coefficients d'élasticité nominales E(s) de ces substrats dépendent directement du pH au cours de laquelle le SEMP est assemblé et peut varier au cours de plusieurs ordres de grandeur pour donné polycation/polyanion paires. De plus, nous démontrons que l'attachement et la prolifération des cellules endothéliales microvasculaires humaines (MVECs) peuvent être réglés par le biais de modifications indépendantes dans la couche de POLYIONS terminal et de la conformité de ces substrats PEM. Ces données indiquent que la conformité mécanique de substrat est un fort déterminant du destin de la cellule, et que SEMP d'épaisseur nanométrique fournit un outil précieux pour faire varier l'environnement mécanique externe des cellules indépendamment des stimuli chimiques.

Défaut Ponctuel Des Concentrations Dans Les Alliages Fe-C Métastables

Physical Review Letters. May, 2006  |  Pubmed ID: 16712310

Espèces défaut ponctuel et les concentrations dans les alliages métastables de Fe-C sont déterminées à l'aide de la théorie fonctionnelle de la densité et à une contrainte-énergie sans fonctionnelle. Carbone interstitiels dominent à moins que les postes vacants de fer sont en excès significatif, tandis que l'excès de carbone provoque la concentration de vacance grandement amélioré. Nos prédictions sont prête à la vérification expérimentale ; ils fournissent une base pour rationaliser des microstructures complexes connus en acier trempé et revenu et par extension d'autres matériaux technologiques créé par ou soumis à des environnements extrêmes.

Fonctionnalisation Biochimique Des Substrats Polymère Cellulaire Peut Altérer La Conformité Mécanique

Biomacromolecules. Jun, 2006  |  Pubmed ID: 16768424

Biochimique fonctionnalisation de surfaces est un mécanisme utilisé de plus en plus à promouvoir ou à inhiber l'adhésion des cellules. Pour favoriser l'adhérence de cellules de mammifères, une approche commune de fonctionnalisation est surface conjugaison des séquences peptidiques d'adhérence tels que Arg-Gly-Asp (RGD), un ligand de molécules transmembranaires intégrines. Il est généralement admis que ce fonctionnalisation n'altère pas les propriétés mécaniques locales de la fonctionnalisés de surface, qu'il est important d'interprétations de la mécanotransduction macromoléculaire dans les cellules. Ici, nous examinons cette hypothèse systématiquement, par le biais de nanomécanique mesure de l'élasticité nominale des films multicouches de polymère d'une épaisseur nanométrique, fonctionnalisés avec RGD par des voies différentes de traitement. Nous trouvons que la méthode de fonctionnalisation biochimique peut modifier considérablement conformité mécanique des matériaux polymériques substrats tels que multicouches de polyélectrolytes faible (SEMP), plus en plus utilisés pour de telles études. En particulier, adsorption immergée de réactifs intermédiaires fonctionnalisation diminue de manière significative conformité du SEMP a examiné ici, alors que le polymère-sur emboutissage de ces mêmes réactifs n'altère pas la conformité des faibles SEMP. Cette constatation souligne l'altération involontaire éventuelle des propriétés mécaniques, par l'intermédiaire de fonctionnalisation de surface et suggère également des méthodes de fonctionnalisation par lequel les propriétés chimiques et mécaniques des substrats cellulaires peuvent être contrôlées indépendamment.

Effets De La Taille Sur La Rigidité Des Nanofils De Silice

Small (Weinheim an Der Bergstrasse, Germany). Feb, 2006  |  Pubmed ID: 17193028

Cartographie Mi-chimique De Cinétique De Liaison Ligand-récepteur Sur Les Cellules

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. Jun, 2007  |  Pubmed ID: 17535923

La cinétique de la liaison entre les récepteurs de surface cellulaire et extracellulaire biomolécules est essentielle à toute activité intracellulaire et intercellulaire. Modélisation et prévision de fonctions cellulaires médiés par les récepteurs sont facilitées en mesurant les propriétés de liaison sur des cellules entières, idéalement indiquant les emplacements subcellulaires ou les associations du cytosquelette qui peuvent affecter le fonctionnement des récepteurs liés. Cette double exigence est particulièrement aigu à vis ligand engineering and clinical applications vis d'anticorps pour neutraliser les processus pathologiques. Ici, nous la carte récepteurs individuels et déterminer cinétique de liaison de la cellule entière grâce à l'imagerie, fonctionnalisés activé par sonde microscopie à balayage et la spectroscopie moléculaire de force des cellules intactes avec des sondes mécaniques biomolécule conjugué. Nous quantifier le nombre, la distribution et constantes de vitesse d'association/dissociation de vascular endothelial growth factor receptor-2 pour ce qui est un anticorps monoclonal sur les cellules endothéliales microvasculaires humaines vivants et fixes. Cette approche générale à l'imagerie directe récepteur quantifie simultanément la cinétique de liaison tant la répartition non uniforme de ces récepteurs en ce qui concerne le cytosquelette sous-jacent, offrant une visualisation spatio-temporelle de la dynamique de surface cellulaire qui régulent le comportement médiée par les récepteurs.

Potentiel De Plusieurs Corps De Défaut Ponctuel Des Grappes Dans Les Alliages Fe-C

Physical Review Letters. May, 2007  |  Pubmed ID: 17677783

Les conséquences des défauts cristallins de modélisation nécessite d'échantillonnage efficace d'interaction. Potentiels empiriques peuvent identifier des voies pertinentes si le bilan énergétique et configurations des défauts concurrentes sont capturées. Ici, nous développons un tel potentiel pour un alliage de concentration arbitraire défaut ponctuel, Fe-alpha à cubique corps centré sursaturée en C. Ce potentiel avec succès calcule les défauts énergiquement favorisées et prédit les énergies de formation et les configurations de clusters de multicarbon-multivacancy qui n'étaient pas réalisables avec les potentiels existants ou identifiés précédemment via ab initio méthodes.

Comment Raide Et Mince Peuvent Une Matrice Extracellulaire Machinée être ? Modélisation Des Forces Moléculaires à L'interface De La Cellule-matrice

Conference Proceedings : ... Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. Conference. 2007  |  Pubmed ID: 18003491

La fonction des cellules du tissu peut être significativement modulée par des changements dans l'environnement mécanique local, y compris la rigidité du substrat auquel ces cellules adhèrent. Pour les surfaces qui maintiennent ou induisent des fonctions des cellules de l'ingénieur, il est important de comprendre la force, la longueur et les échelles de temps sur laquelle les récepteurs de surface cellulaire sonde l'environnement mécanique local. Ici, nous montrons comment simplifiée continuum et simulations atomistiques des forces entre les récepteurs de surface cellulaire et la matrice extracellulaire, aident les molécules nanométriques définissent les caractéristiques essentielles des matériaux conçus pour récapituler en vivo environnement mécanique pour applications en génie tissulaire de la cellule.

Étendre Le Modèle De Bell : Comment Modifie La Rigidité De Transducteur De Force Mesurée Sans Engagement Des Forces Et La Cinétique Des Complexes Moléculaires

Biophysical Journal. Apr, 2008  |  Pubmed ID: 18178658

Dû à la séparation des macromolécules complémentaires tels que les complexes ligand-récepteur peuvent révéler des détails énergiques et cinétiques qui régissent les processus physiologiques allant de l'adhésion cellulaire au métabolisme des médicaments. Bien que les expériences au niveau moléculaire ont permis d'échantillonnage des événements de dissociation complexe ligand-récepteur individuel, disparités en vigueur sans engagement mesuré F(R) parmi ces méthodes entraîner une variation marquée dans la présumée liaison énergétique et de la cinétique à l'équilibre. Ces écarts sont documentées pour même la paire de ligand-récepteur ubiquiste, streptavidine-biotine. Nous avons étudié ces disparités et examiné au niveau atomique des trajectoires sans engagement via des simulations de dynamique moléculaire articulé, ainsi que par des expériences de spectroscopie moléculaire de force sur la streptavidine-biotine. En plus du taux de chargement bien connu dépendance de F(R) prédit par le modèle de Bell, nous trouvons qu'accessibles expérimentalement paramètres tels que la rigidité effective du transducteur k force peuvent perturber significativement le paysage de l'énergie et la force sans engagement apparente du complexe pour capteurs de force suffisamment rigide. En outre, au moins 20 % variation de force sans engagement peut être attribuée à des différences infimes dans les positions atomiques initiales parmi les complexes énergiquement et structurellement comparables. Pour les capteurs de force typiques des expériences de spectroscopie moléculaire de force et de simulations atomistiques, cette perturbation de barrière d'énergie se traduit par extrapolée paramètres énergiques et cinétiques du complexe qui dépendent fortement de k. Nous présentons un modèle qui inclut explicitement l'effet du k sur une force sans engagement apparente du complexe ligand-récepteur et démontrer que cette correction permet de prédiction des distances de séparation et les taux de dissociation qui sont découplées de la rigidité des linkers moléculaires réelles ou simulées.

Rigidité Mécanique De Substrats Peut Réglementer L'adhérence Des Bactéries Viables

Biomacromolecules. Jun, 2008  |  Pubmed ID: 18452330

Les mécanismes concurrents qui régulent l'adhérence des bactéries aux surfaces et la formation de biofilm ultérieures restent floues, bien que presque toutes les études ont mis l'accent sur le rôle des propriétés physiques et chimiques de la surface du matériau. Compte tenu des coûts monétaires et de la santé grands de médical-dispositif colonisation et d'infections nosocomiales dues à des bactéries, il y a un intérêt considérable pour une meilleure compréhension des propriétés des matériaux qui peuvent limiter la viabilité et l'adhérence bactérienne. Ici nous employons polyélectrolyte faible (PEM) minces films multicouches composés d'ayant chlorhydrate (HAP) et poly(acrylic acid) (AAP), monté sur un éventail de conditions, pour découvrir les caractéristiques physico-chimiques et mécaniques des surfaces de matériaux contrôlant l'adhérence des bactéries de Staphylococcus epidermidis et la croissance subséquente de colonie. Bien qu'il n'est plus en plus apprécié que les cellules eucaryotes possèdent des structures subcellulaires et biomoléculaires voies pour détecter et répondre aux environnements locaux mi-chimique, beaucoup moins est connu concernant l'adhésion de la mechanoselective des procaryotes telles que ces bactéries. Nous trouvons que l'adhésion des corrélats d'epidermidis S. viables positivement avec la rigidité de ces substrats polymériques, indépendamment de la rugosité, énergie d'interaction et la densité de charge de ces matériaux. Quantitativement similaires tendances observées pour le type sauvage et actine analogique mutant Escherichia coli suggère que ces résultats ne se limitent pas seulement certaines souches bactériennes, formes ou types d'enveloppe de cellules. Ces résultats indiquent la plausibilité des mécanismes d'adhérence mechanoselective chez les procaryotes et suggèrent que la rigidité mécanique de matériaux substrats représente un paramètre supplémentaire qui permet de régler l'adhérence de que la colonisation subséquente par des bactéries viables.

Sonder Les Propriétés Mécaniques Des Gels Entièrement Hydratés Et Les Tissus Biologiques

Journal of Biomechanics. Nov, 2008  |  Pubmed ID: 18922534

Un défi de longue date précise Caractérisation mécanique des tissus techniques et biologiques est entretien d'échantillon stable hydratation et résolution du signal instrument haute. Nous décrivons ici la modification d'un pénétrateur instrumenté pour répondre nanomécanique caractérisation des tissus biologiques et synthétiques en milieu liquide et démontrer l'acquisition précise des données de force-déplacement qui peuvent être utilisées pour extraire les propriétés viscoelastoplastic des gels hydratés et des tissus. Nous avons démontré la validité de cette approche par analyse élasto-plastique des matériaux relativement rigides et résistante à l'eau d'élasticité E > 1000 kPa (verre borosilicate et polypropylène) et il faut considérer la viscoélastique réponse et représentant les propriétés mécaniques des polymères synthétiques, compatible hydrogels (hydrogels de polyacrylamide basée sur des variables mol %-bis reticulation) et les tissus biologiques (peau de porcine et le foie) de E < 500 kPa. Indentation réponses obtenues par l'intermédiaire de chargement/déchargement hysterisis contact fluage chargement étaient hautement reproductible et le déduit E sont en bon accord avec les données macroscopiques disponibles pour tous les échantillons. Comme prévu, une réticulation chimique accrue de polyacrylamide augmente de rigidité (E40 kPa) et diminue de conformité de fluage. E de foie de porc (760 kPa) et de la peau (222 kPa) au sein de la gamme de mesures macroscopiques auraient également pour un sous-ensemble limité des États d'espèces et de la maladie. Ces données montrent que pénétration instrumenté des échantillons totalement immergées peut être appliquée avec fiabilité pour matériaux s'étendant sur plusieurs ordres de grandeur dans la rigidité (E = kPa-GPa). Ces fonctionnalités sont particulièrement importantes pour la conception de matériaux et de caractérisation des macromolécules, cellules, tissus explantés et matrices extracellulaires synthétiques en fonction de la position spatiale, degré d'hydratation, ou temps de réaction hydrolytique/enzymatique/corrosion.

Influence De L'épaisseur Finie Et La Rigidité Sur Cellulaire Déformation Induite Par L'adhérence Des Substrats Conformes

Physical Review. E, Statistical, Nonlinear, and Soft Matter Physics. Oct, 2008  |  Pubmed ID: 18999471

Revêtements minces et mécaniquement compatibles servent couramment de substrats pour les cellules adhérentes dans les études de biologie et de la biophysique cellulaire, applications d'ingénierie biologiques et la conception du dispositif biomédical. La déformation d'un tel revêtement à l'interface de la cellule-substrat définit le lien entre la traction cellulaire, rigidité du substrat et les mécanismes de rétroaction mi-chimique responsables mechanosensitivity cellulaire. Ici nous appliquons la théorie de l'élasticité pour étudier comment cette déformation est affectée par l'épaisseur finie d'un tel substrat de cellule. Le modèle idéalisé d'un site d'adhésion cellulaire (p. ex., une adhérence focale) comme une zone circulaire de traction tangentielle uniforme et compare la déformation d'un matériau semi-infini conforme à celle d'un enduit de la même matière, soutenue par une base rigide. Deux paramètres sont identifiés et considérés comme : Centre de déplacement (à titre de mesure de déplacement site adhérence) et le gradient de la souche normale (comme mesure de distorsion site adhérence). L'atténuation de ces paramètres prévoit deux mesures de l'influence d'une épaisseur de revêtement fini et sous-jacent de base rigide sur la médiation cellulaire de déformation du substrat conforme. Un terme sans dimension dans les solutions qui en résulte connecte à l'épaisseur du revêtement à la taille caractéristique des sites adhérence. Cette relation et le calcul de l'épaisseur minimale à laquelle le fond rigide est pratiquement indétectable par une cellule adhérente, est pris en charge par la littérature expérimentale et nos observations de la surface projetée des fibroblastes adhère aux revêtements de polyacrylamide hydrogel avec différentes épaisseurs au sommet de verre relativement rigide. Le modèle fournit donc un outil pour estimer la rigidité effective détectée par une cellule attachée à un revêtement conforme. Aussi, nous identifions et envisager les conceptualisations de l'épaisseur critique ou épaisseurminimalede approprié pour une application, qui dépendent à la fois le référentiel et le comportement de cellules d'intérêt. L'utilisation de définitions différentes résout la disparité des valeurs rapportées dans la littérature. Enfin, la distinction entre le déplacement du site adhérence et distorsion de noter dans ce modèle pourrait être utile dans la conception des substrats pour élucider les mécanismes de contrôle de mechanosensing cellulaire.

Modélisation Et Simulation De Chemomechanics à L'interface De La Cellule-matrice

Cell Adhesion & Migration. Apr-May, 2008  |  Pubmed ID: 19262102

Mi-chimique caractéristiques des matériaux extracellulaires avec qui interagissent les cellules peuvent avoir un impact profond sur l'adhésion cellulaire et migration. De comprendre et de moduler ces processus complexes multiéchelles, une compréhension détaillée de la rétroaction entre une cellule et le microenvironnement adjacent est cruciale. Ici, nous utilisons la modélisation et simulation pour examiner l'interaction cellule-matrice à deux les lengthscales moléculaires et continuum. À l'aide de piloté dynamique moléculaire, nous considérons comment extracellulaire raideur du matrice (ECM) et pH extracellulaire influencent l'interaction entre les récepteurs de surface d'adhérence des cellules et des ligands extracellulaires de matrice, et nous prédire les conséquences potentielles pour la formation d'adhérences focales et de dissolution. À l'aide de simulations par éléments finis niveau de continuum et méthodes d'analyse à la déformation de ECM cellulaire induite par le modèle en fonction de la rigidité de l'ECM et une épaisseur, nous considérons les implications pour la conception des substrats synthétiques pour des expériences de biologie cellulaire qui ont l'intention de dissocier les signaux chimiques et mécaniques.

Modulation Du Phénotype Des Hépatocytes in Vitro Via Tuning Chimiomécanique Des Multicouches De Polyélectrolytes

Biomaterials. Feb, 2009  |  Pubmed ID: 19046762

Il est de plus en plus apprécié que, depuis les fonctions des cellules et des tissus sont réglementés par des stimuli chimiomécanique, un contrôle précis sur ces stimuli permettra d&#39;améliorer la fonctionnalité de modèles de tissus. Toutefois, en raison de la difficulté inhérente à ces indices découplage tel que présenté par les matériaux extracellulaires, peu d&#39;études ont exploré la modulation indépendante de stimuli biochimiques et mécaniques vers la manipulation des processus cellulaires soutenus. Ici, nous démontrons que la fois le respect mécanique et la présentation de ligand synthétique, multicouches de polyélectrolytes faibles (PEM) peut être réglé indépendamment pour influencer l&#39;adhérence et le foie des fonctions spécifiques de hépatocytes primaires de rat plus étendu dans la culture in vitro (deux semaines). Ces PEM synthétiques exposés modules élastiques E allant plus 200 kPa <E<142MPa, as much as one thousand-fold more compliant than tissue-culture polystyrene (E approximately 2.5GPa). The most compliant of these PEM substrata promoted hepatocyte adhesion and spheroidal morphology. Subsequent modification of PEMs with type I collagen and the proteoglycan decorin did not alter substrata compliance, but enhanced the retention of spheroids on surfaces and stabilized hepatic functions (albumin and urea secretion, CYP450 detoxification activity). Decorin exhibited unique compliance-mediated effects on hepatic functions, down-regulating the hepatocyte phenotype when presented on highly compliant substrata while up-regulating hepatocyte functions when presented on increasingly stiffer substrata. These results show that phenotypic functions of liver models can be modulated by leveraging synthetic polymers to study and optimize the interplay of biochemical and mechanical cues at the cell-material interface. More broadly, these results suggest an enabling approach for the systematic design of functional tissue models applied to drug screening, cell-based therapies and fundamental studies in development, physiology and disease.

Stop-débit Lithographie Pour La Production De La Forme-évolution Des Particules De Microgel Dégradables

Journal of the American Chemical Society. Apr, 2009  |  Pubmed ID: 19215127

Particules de microgel capables de dégrader vrac ont été synthétisés à partir d&#39;une solution de copolymère tribloc diacrylated composé de poly (éthylène glycol) et le poly (acide lactique) en utilisant un dispositif microfluidique butée d&#39;écoulement de lithographie (SFL). Il a été démontré antérieurement que SFL peut être utilisé pour fabriquer des particules avec un contrôle précis sur la taille des particules et la forme. Ici, nous avons fabriqué des particules d&#39;hydrogel de taille variable et de forme et a examiné leur perte de masse et le comportement gonflement histologiquement et mécaniquement. Nous signalons que ces caractéristiques, ainsi que des phénomènes de dégradation des particules d&#39;hydrogel peut être adaptée avec SFL. En réduisant la dose d&#39;UV appliquée lors de la fabrication, les particules d&#39;hydrogel peut être fait pour présenter un écart distinct des profils classiques de l&#39;érosion en vrac de dégradation des hydrogels. À des doses plus élevées UV, une saturation en densité de réticulation se produit en vrac et de dégradation de comportement est observé. Enfin, nous avons synthétisé des particules composites multifonctionnels, fournissant des fonctionnalités uniques qui n&#39;existent pas dans les hydrogels homogènes.

CARACTERISATION Des Distributions événement Rare Propriété Via Répliquent Des Simulations De Dynamique Moléculaire Des Protéines

Journal of Molecular Modeling. Nov, 2009  |  Pubmed ID: 19418077

Que des ressources informatiques augmentent, les simulations de dynamique moléculaire des biomolécules deviennent un complément instructif de plus en plus aux études expérimentales. En particulier, il est maintenant devenu possible d'utiliser plusieurs configurations moléculaires initiales pour générer un ensemble de réplique production-exécuter des simulations qui permet une caractérisation plus complète des événements rares comme ligand-récepteur la séparation. Cependant, il n'y a actuellement aucune des lignes directrices explicites pour sélectionner un ensemble de configurations initiales pour les simulations répétées. Ici, nous utilisons clustering analyses et simulations de dynamique moléculaire articulé pour démontrer que les changements configurationnelles accessibles dans des simulations de dynamique moléculaire des biomolécules ne pas forcément avec observé les propriétés d'événement rare. Cela informe la sélection d'un ensemble représentatif de configurations initiales. Nous utilisons aussi des analyses statistiques pour déterminer le nombre minimal de simulations répétées pour échantillon suffisamment une distribution de biens donné biomoléculaire. Ensemble, ces résultats suggèrent une procédure générale pour générer un ensemble de simulations répétées qui maximiseront la caractérisation précise des distributions de propriété de type événement-rare dans des biomolécules.

Contrôler Les Oscillations Chimiques Des Gels De Belousov-Zhabotinsky Hétérogènes Via Une Déformation Mécanique

Physical Review. E, Statistical, Nonlinear, and Soft Matter Physics. Apr, 2009  |  Pubmed ID: 19518319

Nous avons effectué des études théoriques et computationnelles pour déterminer l'effet d'une contrainte mécanique appliquée sur le comportement dynamique des gels polymère hétérogène, subissant la réaction oscillante de Belousov-Zhabotinsky (BZ). Ces gels spatialement hétérogène, le catalyseur de la réaction est localisé dans les correctifs spécifiques au sein du réseau de polymère et la réaction BZ se produit uniquement dans ces patches contenant du catalyseur, que nous appelons BZ patches. Nous axée sur un modèle d'un système unidimensionnel et plus assumé que la réaction BZ n'affectait pas le degré de gonflement dans le gel. Pour les gels ayant un ou deux patchs de BZ, nous avons constaté qu'une souche de traction ou de compression pouvait induire des transitions entre les oscillatoire et oscillants, des régimes d'état d'équilibre du système. Pour certaines valeurs du paramètre stoechiométrique f BZ, ces transitions pourraient exposer une hystérésis. Dans les systèmes comportant deux oscillant patches BZ, une souche appliquée pourrait causer une commutation entre la synchronisation en phase et phase out des oscillations. La capacité de contrôlable de modifier le comportement dynamique des gels BZ grâce à des déformations mécaniques ouvre la possibilité d'utiliser ces matériaux dans la conception de capteurs de chimio-mécanique.

Électrochimique Contrôlée Des Propriétés De Gonflements Et Mécaniques D'un Nanocomposite Polymère

ACS Nano. Aug, 2009  |  Pubmed ID: 19624148

Nous présentons l'Assemblée par-couche d'un film mince de nanocomposite polymère électroactif contenant poly(ethyleneimine) linéaire cationiques (LPEI) et 68 vol % anionique bleu de Prusse (PB) nanoparticules, qui permettent une électrochimiques contrôlent épaisseur du film et les propriétés mécaniques. La réduction électrochimique du PB double de la charge négative sur les particules, provoquant un afflux d'eau et d'ions de la solution pour maintenir l'électroneutralité dans le film ; concomitants, gonflement et augmenté la conformité élastique du résultat film. Réversible gonflement lors de la réduction est l'ordre de 2 à 10 %, tel que mesuré par ellipsométrie spectroscopique et microscopie à force atomique électrochimique. Changements réversibles dans le module de Young élastique du film composite hydraté lors de la réduction sont de l'ordre de 50 % (de 3,40 à 1,75 GPa) telle que mesurée avec la nanoindentation in situe et une augmentation qualitative contributions visqueuses à la dissipation de l'énergie sur l'oxydo-réduction est indiquée par microbalance électrochimique à cristal de quartz. Stimuli électrochimiques maintiennent un environnement de fonctionnement doux et peuvent être appliquées rapidement, réversible et localement. Nous maintenons que contrôle électrochimique sur le comportement de gonflement et mécanique de nanocomposites polymères pourrait avoir des implications importantes pour les revêtements sensibles de dispositifs nanométriques, y compris les surfaces mécaniquement accordables pour moduler le comportement des cellules adhérentes.

Interactions Hydrogène-vacance Dans Les Alliages Fe-C

Physical Review Letters. Aug, 2009  |  Pubmed ID: 19792737

Energétique et concentrations de grappes de défaut ponctuel contenant de l'hydrogène (PDC) dans les alliages Fe-C sont calculées et jetées dans un diagramme de prédominance PDC. En raison des effets de la forte liaison des postes vacants de fer sur la stabilité des agrégats, accumulation d'hydrogène exige la concentration totale de l'hydrogène et de vacance est comparable. À la suite de l'interaction entre les processus de liaison d'attraction et de répulsion, les populations de PDC en Fe-C-H découpler efficacement dans les systèmes binaires Fe-C et Fe-H. Cela se traduit par les populations de PDC significatives vacance-hydrogène même pour des concentrations faibles totale d'hydrogène.

Un Modèle Moléculaire Réaliste Des Hydrates De Ciment

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. Sep, 2009  |  Pubmed ID: 19805265

Malgré des décennies d'études de calcium-silicate hydrate (C-S-H), la phase de structure complexe liant de béton, l'interaction entre la composition chimique et la densité reste essentiellement inexplorée. Ensemble, ces caractéristiques de C-S-H définir et moduler les propriétés physiques et mécaniques de cette « liquid stone » phase gel. Avec la décision récente du calcium/silicium (C/S = 1,7) ratio et la densité de la particule de C-S-H (2,6 g/cm(3)) par les mesures de diffusion des neutrons, il y a urgence pour relever le défi d'expliquer ces propriétés essentielles. Ici, nous proposons un modèle moléculaire de C-S-H, fondée sur une approche bottom-up simulation atomistique qui considère uniquement la spécificité chimique du système comme la contrainte dominante. En tenant compte de la silice courtes chaînes distribuées comme monomères, dimères et pentamères, cet archétype de C-S-H d'une description moléculaire de l'interactions des unités CaO, SiO2 et H2O fournit des valeurs non seulement réalistes du ratio C/S et la densité calculée par la simulation Monte Carlo grande canonique d'adsorption d'eau à 300 K. Le modèle, avec une composition chimique de (CaO)(1.65)(SiO2)(H2O)(1.75), prédit également autres caractéristiques structurelles essentielles et fondamental se prêtent à la validation expérimentale, des propriétés physique qui donnent à penser que la structure du gel C-S-H inclut ordre à courte portée semblable au verre et caractéristiques cristallines de la tobermorite minéral. En outre, nous sonder la rigidité mécanique, traction et cisaillement hydrolytique réponse de notre modèle moléculaire, par rapport aux propriétés mesurées expérimentalement de C-S-H. Ces derniers résultats illustrent la perspective de traiter le ciment sur la fissuration et à égalité avec les métaux et céramiques dans l'application actuelle des modèles axés sur le mécanisme et les simulations multi-échelles pour étude déformation inélastique.

Mécanique Des Cellules Souches Mésenchymateuses De L'attaché à L'état Suspendu

Biophysical Journal. Oct, 2010  |  Pubmed ID: 20959088

Des cellules souches mésenchymateuses (CSM) humaines sont des cellules thérapeutiquement utiles qui sont généralement développées in vitro sur des substrats rigides avant la réimplantation. Ici, nous explorons MSC mécanique et changements structurels par atomic force microscope et optique qui s'étend pendant un passage prolongé, et nous démontrons que l'organisation du cytosquelette et la rigidité mécanique des populations de MSC ci-joint sont fortement modulées sur > 15 doublements de population in vitro. Réseaux d'actine du cytosquelette pièce grossissement important, accompagnateur avec une diminution moyenne conformité mécanique et le potentiel de différenciation de ces cellules, bien que l'expression des marqueurs moléculaires de surface ne diminue pas significativement. Ces changements mécaniques ne sont pas observées dans l'état suspendu, ce qui indique que les changements se manifestent par des altérations dans le stress fibre conclue plutôt que d'agencement du cytosquelette cortical. En outre, l'optique qui s'étend est capable de mener une transition structurelle auparavant non quantifiée : remodelage induite des raidisseurs sur les dizaines de minutes après que les cellules adhérentes sont suspendues. Enfin, nous trouvons que CSM optiquement étirée pièce rhéologie de la Loi de puissance pendant le chargement et de relèvement ; ce témoignage semble être le premier à provenir d'une technique de mesure biophysique n'impliquant ne pas de contact sonde de cellule ou cellule-substrat. Ensemble, ces évaluations quantitatives de MSCs attachés et suspendus définissent les extrêmes de l'environnement extracellulaire tout en sondant les mécanismes intracellulaires qui contribuent à la réponse mécanique de la cellule.

Photoélectrochimiques Complexes Pour La Conversion D'énergie Solaire Qui Régénèrent Les Chimiquement Et Autonome

Nature Chemistry. Nov, 2010  |  Pubmed ID: 20966948

Naturellement se produisant des systèmes photosynthétiques utilisent des voies complexes d'auto-réparation pour limiter l'impact de la photo-dommages. Ici, nous démontrons un complexe composé de deux protéines recombinantes, phospholipides et un nanotube de carbone qui imite ce processus. Les composants insinue dans une configuration où un tableau des bicouches lipidiques agrégées sur la surface du nanotube de carbone, création d'une plate-forme pour la fixation de la conversion de lumière protéines. Le système peut démonter lors de l'addition d'un agent tensioactif et remonter sur son retrait au cours d'un nombre indéfini de cycles. L'Assemblée est thermodynamiquement métastable et peut seulement transition réversible si le taux d'élimination de l'agent tensio-actif dépasse un certain seuil. Que dans l'état assemblé les complexes présentent photoélectrochimiques activité. Nous démontrons un cycle de régénération qui utilise l'agent tensio-actif pour basculer entre États assemblés et démontés, ce qui entraîne une efficacité accrue photoconversion de plus de 300 % plus de 168 heures et une prorogation indéfinie de la durée de vie de système.

Prédire Les Interactions De Nanofibres De Polymère Par Simulations Moléculaires

ACS Applied Materials & Interfaces. Apr, 2010  |  Pubmed ID: 20384291

Propriétés physiques et fonctionnelles de textiles non tissés et autres matériaux fiberlike dépendent fortement le nombre et le type d'interactions fibre. Pour les fibres polymères nanométriques en particulier, ces interactions sont régies par les surfaces d'et les contacts entre les fibres. Nous utilisons les deux simulations de dynamique moléculaire (DM) à une température inférieure à la température de transition vitreuse T(g) de la masse polymérique et minimisation statique (MS), ou l'énergie moléculaire, d'étudier les interactions interfiber entre les fibres polymères prototypiques de 4,6 nm de diamètre, comprenant plusieurs chaînes macromoléculaires de 100 atomes de carbone par chaîne (C100). Nos simulations de MD montrent que les fibres alignement parallèlement et au sein de 9 nm d'un de l'autre l'expérience une importante force d'attraction. Ces fibres tendent vers la coalescence sur une échelle de temps très court, même en dessous de T(g). En revanche, nos calculs MS suggèrent une interaction interfiber qui passe du très attractif pour une force répulsive à une distance de séparation de 6 nm. Les résultats des deux approches permet d'obtenir une relation quantitative, sous forme finie, décrivant des énergies d'interaction fibre élémentaire. Cependant, la forme prédite d'interaction est très différente pour les deux approches et peut être comprise en termes de différences dans l'étendue de la mobilité moléculaire au sein et entre les fibres de ces perspectives de modélisation différentes. Les résultats de ces calculs moléculaires à l'échelle de l'élémentaire sont utilisés pour interpréter les observations expérimentales pour les treillis de nanofibres électrofilées polymère. Ces résultats mettent en évidence le rôle de la température et des configurations moléculaires cinétiquement accessibles pour prédire les interactions dominée par interface à surfaces de fibre polymère et invite d'autres expériences et simulations pour confirmer ces effets dans les propriétés du tapis non-tissé comprenant des fibres de telles échelle nanométrique.

Contrôle De Fonction Calpaïne Et Talin De Rigidité De La Contractilité Et Cellulaire Pericyte Microvasculaire

Microvascular Research. Dec, 2010  |  Pubmed ID: 20709086

Péricytes entourent les cellules endothéliales des capillaires et d'exercent des forces contractiles modulant ton microvasculaire et croissance endothéliale. Nous avons décrit précédemment pericyte contractile phénotype pour être Rho GTPase et α-lisse muscle actine (αSMA)-dépendante. Cependant, les mécanismes médiant les changements de forme de l'adhérence dépendante et la transduction de la force contractile restent largement équivoques. Nous rapportons maintenant que la protéase de cystéine neutre, calpaïne, module de rigidité de la contractilité et cellulaire pericyte via talin, une liaison intégrine et les associant protéines actine-F. Imagerie numérique et les analyses quantitatives des cellules vivantes révèlent des perturbations importantes dans la transduction de la force contractile détecté par l'intermédiaire de déformation des substrats de la silicone, ainsi que des perturbations de la rigidité mécanique en sous-domaines contractiles cellulaires, quantifiée par microscope à force atomique (AFM)-activé nanoindentation. Péricytes surexprimant Voir la GFP-étiquetée talin significativement amélioré la contractilité (~ double), qui est atténuée quand la calpaïne clivage résistant talin mutant L432G ou vinculine sont exprimés. En outre, l'inhibiteur de pénétration cellulaire, calpaïne spécifique appelé CALPASTAT inverse talin améliorée, mais pas Rho GTP-dépendante, contractilité. Fait intéressant, notre analyse a révélé que CALPASTAT, mais pas son mutant inactif, altère les déformations des substrats axée sur la cellule contractile tout en augmentant la rigidité mécanique de subcellulaires régions contractiles de ces péricytes. Au total, nos résultats révèlent que le clivage de la calpaïne dépendant de talin module dynamique contractile cellulaire, qui peut s'avérer un rôle déterminant dans le contrôle de la fonction capillaire normale ou microvasculaire physiopathologie péricytes.

Développement Combinatoire Des Biomatériaux Pour La Croissance Clonale De Cellules Souches Pluripotentes Humaines

Nature Materials. Sep, 2010  |  Pubmed ID: 20729850

Les deux cellules souches embryonnaires humaines et cellules souches pluripotentes induites peuvent s&#39;auto-renouveler indéfiniment en culture, mais les méthodes actuelles de clonage se développer entre eux sont inefficaces et mal défini pour la manipulation génétique et à des fins thérapeutiques. Ici, nous développons le premier chimiquement définis, la xéno-libre, d&#39;engraissement libres substrats synthétiques pour soutenir robuste auto-renouvellement des cellules souches embryonnaires totalement dissocié de l&#39;homme et de cellules souches pluripotentes induites. Les propriétés des matériaux, y compris la mouillabilité, la topographie de surface, chimie de surface et le module élastique indentation de tous les substrats polymériques ont été quantifiés à l&#39;aide de méthodes à haut débit pour développer relations structure-fonction entre les propriétés des matériaux et de la performance biologique. Ces analyses montrent que optimales embryonnaires humaines substrats de cellules souches sont générés à partir de monomères à teneur élevée acrylate, ont une mouillabilité modérée et employer intégrine alpha (v) de béta (3) et d&#39;alpha (v) de béta (5) prise avec la vitronectine adsorbé pour promouvoir colonie la formation. La méthodologie structure-fonction utilisée ici fournit un cadre général pour le développement combinatoire des substrats synthétiques pour la culture de cellules souches.

Prédire La Dislocation Grimper Et Fluage De Détails Atomistiques Explicites

Physical Review Letters. Aug, 2010  |  Pubmed ID: 20868174

Nous rapportons ici les simulations Monte Carlo cinétiques de dislocation montée en fer cubique fortement déformée, corps centré, comprenant une sursaturation de postes vacants. Cette approche intègre l'effet de l'interaction non-linéaire de vacance-luxation sur les obstacles de migration de vacance tel que déterminé par des calculs atomistiques explicitement et permet des observations de diffusivité et montée sur des échelles de temps et températures pertinentes au fluage de la Loi de puissance. En capturant la physique sous-jacente microscopiques, les exposants de la contrainte calculée pour les taux de fluage de l'état d'équilibre d'accord quantitativement avec la gamme mesurée expérimentalement et qualitativement la dépendance de la contrainte de fluage des énergies d'activation.

Augmentation Du Potentiel De Mastic Chirurgicale Des Hydrogels Adhésifs De Postswelling

Journal of Biomedical Materials Research. Part A. Dec, 2010  |  Pubmed ID: 20878989

Hydrogels bi-composants formé avec étoiles polyéthylèneglycol amine et polymères d'aldéhyde dextran linéaire (PEG : dextran) semblent prometteurs comme les mastics chirurgicales de tissu-spécifique. Cependant, il y a une perte importante de la force d'adhérence aux tissus mous après PEG : dextran, gonflement, qui pourrait limiter la capacité matérielle appose des tissus disjoints et éviter les fuites de sites chirurgicaux. Nous avons incorporé par covalence l'acide aminé modifié L-3, 4-dihydroxyphénylalanine (L-DOPA) dans PEG : dextran pour améliorer les performances d'étanchéité postswelling. L-DOPA est une composante essentielle des plaques de colle animales marines et a été utilisé pour conférer l'adhérence sur sol mouillé en matériaux synthétiques. Que la cohésion PEG : dextran et l'adhérence sont médiés par des interactions de l'aldéhyde-amine, L-DOPA côté-groupes font un modulateur puissant réseau ayant un potentiel d'affecter plusieurs propriétés du matériau. Après 1 h immersion en milieu aqueux, PEG : dextran dopé avec l'aldéhyde L-L-DOPA/M 3 mM en moyenne soufflées 50,3 % moins, eu 287,4 % une plus grande rigidité, et avait une plus grande adhérence fonctionnelle 53,6 % par rapport à l'hydrogel soignée. Une augmentation des concentrations de L-DOPA vers le haut en aldéhyde de L-L-DOPA/M 11 mM de même réduite gonflement et atténuer la perte de propriété avec hydratation, mais sacrifié fonctionnelle initiale de l'adhérence, coefficient matérielle et biocompatibilité. Pris ensemble, ces données confirment la conjugaison L-DOPA sur mesure comme une approche prometteuse pour améliorer la performance clinique des mastics de PEG : dextran.

Le Peptide Antiangiogénique, Boucle 6, Lie Insulin-like Growth Factor-1 Récepteur

The Journal of Biological Chemistry. Dec, 2010  |  Pubmed ID: 20940305

Inhibiteurs tissulaires des métalloprotéinases (TIMP), les inhibiteurs endogènes de métalloprotéinases matricielles, ont démontré que possèdent des fonctions biologiques qui sont indépendantes de leur capacité à inhiber les métalloprotéinases matricielles. Nous ont déjà montré que le domaine C-terminal de TIMP-2 et, en particulier, boucle 6 inhibe la prolifération des cellules endothéliales capillaires et angiogenèse in vitro et in vivo. Afin d'élucider le mécanisme par lequel boucle 6 inhibe l'angiogenèse, nous avons cherché à déterminer si ses effets biologiques étaient le résultat d'une interaction protéine-protéine de TIMP-2 à l'adresse connue ou d'un événement médiée par les récepteurs. Dans cette étude, nous identifier insulin-like growth factor-1 récepteur comme un partenaire de liaison de boucle 6/TIMP-2 et caractériser cette interaction sur la surface des cellules endothéliales et les conséquences de cette interaction sur la signalisation des récepteurs en aval.

Motilité De La Moelle Osseuse Des Cellules Souches En 3D échafaudage Synthétique Est Régie Par La Géométrie Ainsi Que La Rigidité Et L'adhérence

Biotechnology and Bioengineering. Dec, 2010  |  Pubmed ID: 21191996

Conception d'échafaudages 3D pouvant faciliter la survie correcte, la prolifération et la différenciation des cellules progénitrices, est un défi pour des applications cliniques impliquant des défauts de gros du tissu conjonctif. Migration cellulaire au sein de ces échafaudages est un processus critique régissant l'intégration tissulaire. Nous examinons ici les effets de diamètre de pore échafaudage, de concert avec la rigidité de la matrice et l'adhérence, comme des paramètres réglables indépendamment qui régissent la motilité de la moelle osseuse des cellules souches. Nous avons adopté un « opal inverse » traitement technique pour créer des échafaudages synthétiques par réticulation poly(ethylene glycol) à différentes densités (contrôle d'élasticité matrice ou raideur) et de petites doses d'un monomère hétérobifonctionnel (limiter l'adhérence de la matrice) autour des perles de création de modèles de différents rayons. Comme le diamètre des pores variait de 7 à 17 µm (c'est-à-dire de significativement plus petit que le diamètre de la cellule sphérique de diamètre environ de cellule), il affiche un effet profond sur la migration de ces cellules souches-notamment la mesure dans laquelle la motilité était sensible à l'évolution de la rigidité de la matrice et l'adhérence. Étonnamment, la plus forte probabilité pour le mouvement de fond de cellule par l'intermédiaire de pores a été observée pour un diamètre de pore intermédiaire, plutôt que le plus grand diamètre de pore, qui a dépassé le diamètre de la cellule. Les relations entre la vitesse de migration, le déplacement et la longueur du trajet total, se sont avérées dépendent fortement de diamètre de pore. Nous attribuons cette dépendance à convolution de diamètre de pore et Sub chambre, produisant différents environnements géométriques rencontrés par les cellules à l'intérieur. Biotechnol. Bioeng. © 2011 Wiley périodiques, Inc.

Pericyte La Contraction Induite Par L'actomyosine à L'interface Matériau à Cellules Peut Moduler La Niche Microvasculaire

Journal of Physics. Condensed Matter : an Institute of Physics Journal. May, 2010  |  Pubmed ID: 21386441

Péricytes entourent physiquement l'endothélium capillaire, contact et communiquer avec les cellules endothéliales vasculaires associées par contact cellule-cellule et cellule-matrice. Ainsi, les interactions entre les cellules endothéliales-Pericyte ont le potentiel pour moduler la croissance et la fonction de la microcirculation. Ici, nous utilisons la constatation expérimentale que péricytes peuvent boucler une membrane autoportante, sous-jacent via la contraction induite par l'actine. Péricytes ont été cultivés sur des substrats de silicone déformables, et généré par pericyte rides ont été mis en image via les deux microscopie à force atomique et optiques (AFM). La rigidité locale de domaines subcellulaires fois près et loin de ces rides a été étudiée en utilisant nanoindentation AFM-a permis de quantifier d'élasticité efficace. Contraction de flambage de substrat a été quantifiée par la variation normalisée de longueur des régions initialement plates du substrat (correspondant à des longueurs contours des rides), et un modèle a été utilisé pour relier les énergies de déformation locale à pericyte forces contractiles. La nature de pericyte-généré le froissement et la force générée par protéine contractile transduction a été approfondie par l'addition d'inhibiteurs du cytosquelette pharmacologiques qui a touché les forces contractiles et l'élasticité efficace des domaines pericyte. Forces induite par l'actine sont suffisants pour les péricytes exercer gondolement contraction de 38 % sur les substrats élastomères utilisés dans ces études in vitro en moyenne. Induite par l'actomyosine contractiles forces agissent également in vivo sur l'environnement conforme de la microcirculation, y compris la membrane basale et autres cellules. Généré par Pericyte substrat déformation peut ainsi servir à un stimulus mécanique direct aux cellules endothéliales vasculaires adjacents et potentiellement modifier la rigidité mécanique efficace du non linéaires élastiques matrices extracellulaires, pour moduler les interactions entre les cellules endothéliales-pericyte qui influencent directement l'angiogenèse physiologiques et pathologiques.

Prédiction Des Propriétés élastiques Pour Nanocomposites Polymère-particules Présentant Une Interphase

Nanotechnology. Apr, 2011  |  Pubmed ID: 21393814

Particule-polymer nanocomposites présentent souvent des caractéristiques mécaniques décrits mal par des modèles de micromécanique qui comprennent uniquement les phases de particules et de la matrice. Existence d'une zone interfaciale entre la particule et matrice ou interphase, a été posé et indirectement démontré pour tenir compte de cet effet. Ici, nous présentons une approche analytique simple pour estimer efficaces propriétés élastiques des matériaux composites comprenant des particules encapsulées par une interphase d'épaisseur finie et les propriétés élastiques distinctes. Cette solution explicite peut traiter des nanocomposites comprenant soit des nanoparticules physiquement isolés ou des agglomérats de ces nanoparticules ; le même cadre peut également traiter des agrégats de nanoparticules physiquement isolés ou des agglomérats de ces agrégats. Nous trouvons que l'élasticité estimée d'accord avec les expériences pour trois types de particules-polymer nanocomposites, et que l'épaisseur de l'interphase prédite et la rigidité du noir de carbone-caoutchouc nanocomposites concordent avec les valeurs mesurées. Finalement, nous discutons de l'influence relative de la particule-polymère interphase épaisseur et la rigidité d'identifier des variations maximales possibles dans les propriétés élastiques de l'échelle macroscopique de ces matières.

Motilité De La Moelle Osseuse Des Cellules Souches En 3D échafaudage Synthétique Est Régie Par La Géométrie Ainsi Que La Rigidité Et L'adhérence

Biotechnology and Bioengineering. May, 2011  |  Pubmed ID: 21449030

Conception d'échafaudages 3D pouvant faciliter la survie correcte, la prolifération et la différenciation des cellules progénitrices, est un défi pour des applications cliniques impliquant des défauts de gros du tissu conjonctif. Migration cellulaire au sein de ces échafaudages est un processus critique régissant l'intégration tissulaire. Nous examinons ici les effets de diamètre de pore échafaudage, de concert avec la rigidité de la matrice et l'adhérence, comme des paramètres réglables indépendamment qui régissent la motilité de la moelle osseuse des cellules souches. Nous avons adopté un « opal inverse » traitement technique pour créer des échafaudages synthétiques par réticulation poly(ethylene glycol) à différentes densités (contrôle d'élasticité matrice ou raideur) et de petites doses d'un monomère hétérobifonctionnel (limiter l'adhérence de la matrice) autour des perles de création de modèles de différents rayons. Comme le diamètre des pores variait de 7 à 17 µm (c'est-à-dire de significativement plus petit que le diamètre de la cellule sphérique de diamètre environ de cellule), il affiche un effet profond sur la migration de ces cellules souches-notamment la mesure dans laquelle la motilité était sensible à l'évolution de la rigidité de la matrice et l'adhérence. Étonnamment, la plus forte probabilité pour le mouvement de fond de cellule par l'intermédiaire de pores a été observée pour un diamètre de pore intermédiaire, plutôt que le plus grand diamètre de pore, qui a dépassé le diamètre de la cellule. Les relations entre la vitesse de migration, le déplacement et la longueur du trajet total, se sont avérées dépendent fortement de diamètre de pore. Nous attribuons cette dépendance à convolution de diamètre de pore et Sub chambre, produisant différents environnements géométriques rencontrés par les cellules à l'intérieur.

Acide PH Extracellulaire Favorise L'activation De L'intégrine α(v)β(3)

PloS One. 2011  |  Pubmed ID: 21283814

Acide pH extracellulaire est caractéristique du microenvironnement cellulaire dans plusieurs contextes pathologiques et physiologiques importants. Bien qu'il est bien établi qu'un acide pH extracellulaire peut avoir des effets profonds sur des processus tels que l'adhésion cellulaire et migration, les mécanismes moléculaires sous-jacents sont largement inconnus. Intégrines physiquement connecter des cellules de la matrice extracellulaire et sont donc susceptibles de moduler les réponses cellulaires aux conditions extracellulaires. Ici, nous examinons le rôle des acide pH extracellulaire dans la régulation de l'activation de l'intégrine α(v)β(3). Par le biais de simulations de calcul de la dynamique moléculaire, nous trouvons que cet acide pH extracellulaire favorise l'ouverture de la pièce de tête α(v)β(3), indiquant que le pH acide peut faciliter ainsi l'activation de l'intégrine. Cette prédiction est conforme à notre cytométrie en flux et de la force atomique force induite par le microscope dosages de spectroscopie de l'intégrine α(v)β(3) sur des cellules vivantes, qui démontrent que le pH acide favorise l'activation à la surface des cellules intactes. Enfin, la quantification des mensurations de morphologie et de la migration cellulaire montre que cet acide pH extracellulaire affecte le comportement de la cellule d'une manière qui soit compatible avec l'activation de l'intégrine accrue. Ensemble, ces résultats computationnelles et expérimentales suggèrent un mécanisme nouveau et complémentaire du règlement d'activation intégrine, avec des implications associées pour adhésion cellulaire et migration dans les régions de pH modifié qui se rapportent à la cicatrisation et le cancer.

Cycle Cellulaire Haut Débit De Synchronisation Utilisant Inertie Forces En Spirale Microcanaux

Lab on a Chip. Apr, 2011  |  Pubmed ID: 21336340

Synchronisation efficace et sélection de cellules à des stades différents du cycle cellulaire réplication facilite la recherche fondamentale tant le développement de thérapies ciblées du cycle cellulaire. Les méthodes actuelles de synchronisation basée sur les produits chimiques sont défavorables, car ceux-ci peuvent perturber le métabolisme et la physiologie de la cellule. Systèmes microfluidiques, mis au point pour la séparation des cellules physiques offrent une alternative potentielle sur des approches cellulaires classiques synchronisation. Ici, nous introduisons un dispositif microfluidique de spirale pour la synchronisation du cycle cellulaire, utilisant les effets combinés des forces d'inertie et de la force de traînée de Dean. En exploitant la relation entre le diamètre de la cellule et cycle cellulaire (ADN contenu/ploïdie), nous avons avec succès fractionné plusieurs lignées cellulaires de mammifères asynchrones, ainsi que les cellules primaires comprenant des dérivés de la moelle osseuse humaines cellules souches mésenchymateuses (CSM), en sous-populations enrichies de G0/G1 (&gt; 85 %), S et les phases G2/M. Ce niveau d'enrichissement du cycle cellulaire est comparable aux systèmes microfluidiques existants, mais le débit (∼ 15 × 10 6 cellules par h) et la viabilité (∼ 95 %) des cellules donc synchronisés sont significativement plus élevés. En outre, cette plate-forme offre collection rapide de cellules synchrones ou de séparation de cellules triées de diamètre, pour permettre à des applications diverses dans l'étude et la manipulation de la prolifération cellulaire.

Formation Contrôle Autocrine Et Fonction Des Agrégats De Tissu Par Les Hépatocytes Primaires Dans Les Tableaux Micromotifs Hydrogel

Tissue Engineering. Part A. Apr, 2011  |  Pubmed ID: 21121876

Le foie effectue une variété de fonctions essentielles régulée en partie par autocrine de signalisation, y compris les hépatocytes-produit de facteurs de croissance et de la matrice extracellulaire (ECM). Les concentrations locales d'autocrine facteurs sont régies par un équilibre entre la liaison médiée par les récepteurs à la surface cellulaire et de la diffusion dans la matrice locale et devraient donc être influencée par la dimensionnalité de l'environnement de culture cellulaire. Afin d'étudier le rôle de facteur de croissance et modulés en ECM autocrine de signalisation dans le maintien de survie appropriés primaires d'hépatocytes, fonctions métaboliques et polarité, nous avons créé des cultures en trois dimensions de géométrie définie à l'aide de micromotifs hydrogels de polyéthylèneglycol-fibrinogène semi-synthétique pour fournir une plateforme matérielle mécaniquement compatible, laissez-les qui pourrait être modifiée par des facteurs cellulaires-sécrétée. Nous avons constaté qu'en l'absence de facteurs de croissance peptidiques exogènes ou ECM, hépatocytes conservent les ligands de récepteur de facteur de croissance épidermique (EGF) (EGF et transforming growth factor-α) et le facteur de croissance proto-oncogenic transition épithéliale mésenchymateuses facteur (c-MET) ligand hépatocytes (HGF), ainsi que de la fibronectine. En outre, hépatocytes cultivés dans ce micro-environnement tridimensionnelle maintient des niveaux élevés des fonctions spécifiques du foie au cours de la période de 10 jours de culture. Fonction blocage inhibiteurs de α5β1 ou récepteur EGF a fortement réduit la viabilité cellulaire et fonction, ce qui suggère que par ces deux récepteurs de signalisation est nécessaire pour la survie in vitro et la fonction des hépatocytes en l'absence d'autres signaux exogènes.

L&#39;examen Le Déplacement Latéral De Cellules HL60 Rouler Sur Asymétriques P-sélectine Patterns

Langmuir : the ACS Journal of Surfaces and Colloids. Jan, 2011  |  Pubmed ID: 21141947

Le déplacement latéral de cellules orthogonales à un flux de modèles en roulant sur des récepteurs asymétriques présente une nouvelle opportunité pour la séparation sans étiquette et l&#39;analyse des cellules. Comprendre la nature des trajectoires de cellules de roulement sur des substrats tels est nécessaire à l&#39;ingénierie des substrats et la conception de dispositifs pour la séparation des cellules et l&#39;analyse. Ici, nous étudions la nature statistique de roulement des cellules et l&#39;effet de la géométrie du motif et de la contrainte de cisaillement d&#39;écoulement sur la cellule de roulement à l&#39;aide des trajectoires échelle micrométrique modèles de récepteurs biomoléculaires avec bords bien définis. Leucémique myéloïde cellules HL60 exprimant le ligand PSGL-1 ont été autorisés à s&#39;écouler à travers un champ de lignes à motifs fabriqués en utilisant l&#39;impression par microcontact et fonctionnalisé avec le récepteur de P-sélectine, s&#39;appuyant sur l&#39;adhérence spécifique de cette paire ligand-récepteur et l&#39;asymétrie du récepteur angle d&#39;inclinaison motif par rapport à la direction d&#39;écoulement de cisaillement de fluide (α = 5, 10, 15, et 20 °). Les effets de l&#39;ampleur contrainte de cisaillement du fluide (τ = 0,5, 1, 1,5 et 2,0 dyn / cm (2)), α, et la concentration d&#39;incubation de P-sélectine ont été quantifiés en termes de vitesse de roulis et de la longueur de suivi bord. Rouler le long des cellules suivi les bords inclinés des lignes motifs avant détachement et le rattachement à une autre ligne. Le détachement des cellules de roulement après le suivi le long du bord était conforme à un processus de Poisson d&#39;histoire-indépendants interactions. L&#39;augmentation de l&#39;angle d&#39;inclinaison de bord a diminué la longueur du bord de suivi de façon exponentielle, contrairement à l&#39;ampleur du stress de cisaillement et de la concentration d&#39;incubation P-sélectine, qui n&#39;a pas eu un effet significatif. Sur la base de ces données expérimentales, nous avons construit un modèle empirique qui prédit la survenue du déplacement latéral maximal à un angle de bord de 7,5 °. Nous avons également utilisé ces résultats pour construire une simulation de Monte Carlo pour la prédiction du matériel trajectoires de cellules HL60 sur la P-sélectine-motifs substrats avec un angle d&#39;inclinaison bord spécifié. La prédiction de déplacement latéral dans la plage de 200 um intérieur d&#39;une longueur de 1 cm de séparation soutient la faisabilité de l&#39;étiquette sans séparation des cellules par l&#39;intermédiaire d&#39;habitudes récepteurs asymétriques dans des dispositifs microfluides.