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Emergent Intercellular Junction Stability during Cyclic Tissue Loading
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AI
DOI：10.1016/j.bpj.2026.06.038.png)
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摘要
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上皮组织在其生理环境中常暴露于周期性变形。机械完整性的维持依赖于细胞间粘附蛋白，这些蛋白连接相邻细胞并在细胞网络中传递力。因此，这些细胞间粘附复合物的稳定性对组织强度至关重要。在持续应力下，细胞间粘附复合物的失效会导致损伤积累，逐步削弱材料，并最终在组织尺度上引发失效。尽管在静态加载下粘附复合物的集体行为在一定程度上已被表征，但它们对动态加载的响应在很大程度上仍未知，尽管其在生理学上具有重要意义。在此，我们将MDCK单层细胞的定量实验与具有力依赖性脱离率的细胞间粘附复合物建模相结合，以研究组织在周期性加载下的韧性。我们发现，与恒定张力相比，周期性加载显著延长了组织寿命，并增加了组织在失效前能承受的最大变形，这得益于低张力阶段发生的修复。我们的模型识别了控制粘附稳定性的固有破裂和修复时间尺度，揭示了三种组织行为模式：破裂、缓慢损伤积累和稳定平衡。通过用固有材料时间尺度对加载参数进行归一化，可将实验和模拟数据整合到通用的稳定性图中。这些发现表明，上皮韧性源于粘附键的随机动力学，为将粘附复合物周转与生理周期力下的宏观组织力学联系起来提供了一个预测框架。
Keyword:
Epithelial resilience
cyclic loading
intercellular adhesion
slip-bond kinetics
tissue mechanics
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