[科普中国]-力学生物学

生物力学（biomechanics）是研究生命体运动和变形的学科，主要通过生物学与力学原理方法的有机结合，认识生命过程中的规律，解决生命与健康领域的科 学问题。20世纪70年代末，在现代生物力学的创始人冯元桢（Y.C. Fung）先生的大力推动和热情关怀下，生物力学作为一门新兴的交叉学科在我国起步。

概述上世纪90年代中期年以来，随着科学技术的进步，生物力学研究也逐渐深入到细胞分子层次，形成了新的学科分支领域-力学生物学（mechanobiology）。

力学生物学是探讨力学环境（刺激）对生物体健康、疾病或损伤的影响，研究生物体的力学信号感受和响应机制（如图所示），阐明机体的力学过程与生物学过程如生长、重建、适应性变化和修复等之间的相互关系，从而发展有疗效的或有诊断意义的新技术，促进生物医学基础与临床研究的发展，促进人类健康。

图示细胞黏附于细胞外基质，细胞的力学感受器感受力学刺激，细胞的受体与化学的配体结合，力学及化学的信号经信号转导及一系列信号通路导致细胞的基因和蛋白质表达，进而调控细胞的形态与功能（引自：Chien, 2007）。

1998年在日本札幌的第三届世界生物力学大会上设置了“力学生物学”分会场。2002年国际著名学术出版社Spriger创刊了“Biomechanics and Modeling in Mechanobiology”，首次将“力学生物学”用作了学术期刊的名称。2005年在上海举办了主题为“力学生物学与医学工程” 的 “东方科技论坛”（上海市人民政府、中国科学院和中国工程院主办）。2009年在北京举办了“心血管力学生物学前沿问题”的中国科协论坛。力学生物学研究在我国方兴未艾，有很好的基础和发展前景。当前，医学一方面不断向微观领域深入，从分子水平探索疾病发生和防治规律；另一方面不断向宏观扩展，从生物医学模式向生物-心理-社会医学模式转变，从治疗模式向预防保健、群体和主动参与模式转变。力学生物学研究要紧密配合（适应）这些转变，研究解决其中的关键科学问题，在医疗改革“战略前移、重心下移” 、“个体化治疗” 和 “治未病” 方面有所作为。要将力学生物学研究与生物医学基础研究有机结合，体现学科交叉和综合，深化生物力学学科前沿-力学生物学研究的内涵。强调力学生物学研究在解决关键科学问题，明确力学因素在疾病发生发展中的作用，在科学发现上有所成就的同时，要致力于发展相关的新技术方法，紧密联系临床防治提出具有力学生物学特色的新思路，在技术发明上有所作为，为人类健康事业做出应有的贡献。

参考资料：[1] 姜宗来，樊瑜波. 生物力学-从基础到前沿. 第1版，北京:科学出版社，2010

[2] Chien S. Mechanotransduction and endothelial cell homoestasis: the wisdom of the cell. Am J Physiol Heart Circ Physiol, 2007, 292:1209-1224.

[3] Qi YX, Jiang J, Jiang XH, Wang XD, Ji SY, Han Y, Long DK, Shen BR, Yan ZQ, Chien S, Jiang ZL. Paracrine control of PDGF-BB and TGFβ1 on cross-talk between endothelial cells and vascular smooth muscle cells during low shear stress induced vascular remodeling. PNAS, 2011, 108: 1908-1913.

[4] Qu MJ, Liu B, Wang HQ, Yan ZQ, Shen BR, Jiang ZL. Frequency-dependent phenotype modulation of vascular smooth muscle cells under cyclic mechanical strain. J Vasc Res, 2007, 44:345-353.

[5] Jiang J, Qi YX, Zhang P, Gu WT, Yan ZQ, Shen BR, Yao QP, Kong H, Chien S, Jiang ZL. Involvement of Rab28 in NF-кB nuclear transport in endothelial cells. PLoS One, 2013, 8:e56076.

本词条内容贡献者为:

姜宗来 - 教授 - 上海交通大学生命科学与技术学院