用于剪切流变特性及其演化机制的多尺度细胞骨架网络模型

细胞骨架是一种动态生物聚合物网络，其剪切流变学性质对细胞生理与病理过程至关重要。然而，其力学行为跨越多个时空尺度，且动态重塑与黏弹性耗散机制之间的耦合作用，使传统模型难以全面捕捉复杂的细胞响应。本研究旨在建立一种多尺度细胞骨架网络模型，整合局部连接蛋白的生物-化学-力学特性、肌动蛋白丝的黏弹性及其变形状态。通过发展一种边界修正有限元方法及增量迭代算法，我们通过将预测时间尺度扩展至一千秒，揭示了网络的动态重塑及其导致的细胞骨架流变学性质。结果不仅再现了剪切流变实验中观察到的细胞骨架网络短期和中期的幂律蠕变行为以及长期应变平台响应，还表明，交联蛋白的化学-力学耦合作用与肌动蛋白丝由弯曲向受拉的转变之间的协同效应共同支配了网络重塑及其幂律响应的演化，而肌动蛋白丝的稳态特性则决定了网络的长期行为。对癌变效应和药物效应的模拟表明，癌症诱导的软化和丝状结构黏度降低分别会导致细胞骨架响应加快和表观剪切模量降低；而药物增强的丝状结构预应力，以及促进交联蛋白缔合或抑制其解离，则能够有效提高稳态剪切模量。这些发现推进了对细胞力学响应时空演化及其病理机制的理解，并为调控聚合物网络性能提供了启示。

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用于剪切流变特性及其演化机制的多尺度细胞骨架网络模型

Han-Lin Liu，Neng-Hui Zhang，Jing-Jie You，Qi-Qi Li，Cheng-Yin Zhang

doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.13.738349

Han-Lin Liu 上海大学 在 Google Scholar 上查找该作者 在 PubMed 上查找该作者 在持有人为作者/资助方，其已授予 bioRxiv 永久展示该预印本的许可。 本文依据 CC-BY 4.0 国际许可协议公开提供。

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发表于 2026年7月16日。

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Han-Lin Liu，Neng-Hui Zhang，Jing-Jie You，Qi-Qi Li，Cheng-Yin Zhang

bioRxiv 2026.07.13.738349； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.13.738349

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Han-Lin Liu，Neng-Hui Zhang，Jing-Jie You，Qi-Qi Li，Cheng-Yin Zhang

bioRxiv 2026.07.13.738349； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.13.738349

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.13.738349v1?rss=1

🏷️ 细胞骨架 剪切流变学 多尺度建模 肌动蛋白 交联蛋白 有限元方法