Mechanobiology:
From Molecular Sensing to Disease
作者：Glen L. Niebur
出版社：Elsevier
索书号：Q66/M486c/2020/Y
ISBN：9780128179314
藏书地点：武大外教中心
生物力学(Biomechanics)是研究生命体变形和运动的学科，现代生物力学就是对生命过程中的力学因素及其作用进行定量的研究，通过生物学与力学原理方法的有机结合，认识生命过程的规律，解决生命与健康领域的科学问题。随着科学技术的进步，现代生物力学也在不断发展，力学生物学(Mechanobiology)就是生物力学的一个新兴学科前沿领域。
近十多年来，随着生物力学研究深入到细胞分子水平，生物力学自身也在不断发展。“力学生物学 (Mechanobiology)”逐渐成为了生物力学一个新兴的交叉学科前沿领域。力学生物学是研究力学环境对生物体健康、疾病或损伤的影响以及生物体的力学信号感受和响应机制，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。力学生物学研究不仅对于揭示正常机体生长、发育和衰老的生物力学机理和自然规律，而且对于阐明机体疾病的发病机理以及提供诊断、治疗的一些基本原理包括新型药物和新技术的研发都将有重要的理论和实际意义。
骨骼是人体承担力学载荷的主要结构，也是力学生物学研究的重点对象之一。 骨的生长、发育和重建受力学因素至关重要的影响。正常骨组织依靠骨重建的动态平衡来维持自身结构和功能的完整性。骨重建是成熟骨组织的一种重要替换机制。骨骼是一个多功能器官系统，它同时对不断变化的机械和荷尔蒙环境非常敏感。近几十年来的发现已经确定了骨细胞对年龄、矿物质代谢、肾脏和心血管功能以及肿瘤向骨转移的脆弱性的意外贡献。同时，骨骼也是多种癌症（例如乳腺癌、前列腺癌）的首选转移部位，目前仍难以治愈。全骨的机械环境，包括矿化组织和骨髓，是指导常驻骨细胞的丰富线索来源，因此也可能调节已定位于骨髓隔室的播散性转移性肿瘤细胞。机械生物学和生物力学信号转导是减轻肌肉骨骼退化的一种新方法，对特定细胞反应的理解对于描绘潜在机制至关重要。具有优化负载信号（即强度和频率）的动态机械信号已被证明具有调节骨骼和软骨适应的潜力。机械转导通路在阐明机械信号如何产生这种观察到的效果方面非常有趣，包括减少骨质流失、增加骨形成和成骨细胞分化。提升对组织再生中的机械转导过程进行分子理解，这可能为骨生理学提供新的见解。
最佳细胞反应依赖于环境信息的有效传感和细胞内转导。该信息要么在细胞外基质中作为生长因子编码，要么通过动态环境力梯度由机械敏感信号级联激活。 细胞利用各种亚细胞结构、蛋白质和适应策略来解码和使用这些信息。间充质干细胞分化为成骨细胞是胚胎骨产生的重要发育过程。力学生物学领域的最新研究表明，细胞分化、骨形成和骨重塑依赖于机械刺激。反应扩散系统经常用于理论生物学领域，以计算预测胚胎骨骼生长。反应扩散系统中的图案化是由化学形态发生素的激活和抑制引起的。一些使用反应扩散系统预测的增长解决方案取决于域网格、域几何形状和初始浓度。这些发现使计算生物学界内的解决方案重现性复杂化，并限制了反应扩散模型的进步。依赖于网格的反应扩散增长解决方案与表型变异和个体变异具有独特的相似性。作者提出了一种带有嵌入机械应变的反应扩散系统，用于预测颅顶的胚胎发育。正在发育的颅顶上的拉伸应变是由底层大脑的快速生长造成的。该模型使用有限体积法求解，用于预测最常用的实验动物模型 Musmusculus 的颅骨生长。预测的颅骨形态与体内小鼠颅骨形态吻合。通过将模型参数与基因突变联系起来并在颅穹窿中复制由此产生的发育异常来验证生长预测。
机械力决定了从单细胞到复杂生物体的生物过程的各个方面。了解力动力学的分子机制需要能够测量活细胞中这些力的技术。在过去十年中，基于Förster 共振能量转移 (FRET) 的分子张力传感器已经成为一种完整的原位技术，用于测量活细胞中的机械力。这些张力传感器带来的新发现让我们更好地了解了细胞的机械结构和机械转导通路，极大地丰富和重塑了生物学和医学知识。在本书中，作者讨论了 FRET 的基础知识和活细胞 FRET 成像的最新测量方法，系统地介绍了分子张力传感器，讨论了它们在机械转导中的潜力。
在本书的最后，作者针对力学生物学的现状和挑战进行了总结与展望。许多关键创新使得更复杂的力学生物学研究得以开展。然而，真正推动力学生物学进步的不是靠单一的技术或方法，而是多种方法的组合创新。成功的机械生物学研究依赖于机械装置设计、成像、计算建模和分子生物学的整合。机械生物学领域中数学、计算机科学、工程和生物学的融合已经并将继续成为这个领域进步的动力。
《力学生物学》一书于2020年由Elsevier出版社出版，作者是Glen L. Niebur。本书作为研究力学生物学的专业书记，内容专业详实，语言浅显易懂，除此之外还有以下特点：
1、本书不仅介绍了力学生物学的基础知识，还详细介绍了研究方法和技术，并结合具体实例的应用，使读者能够更加全面的了解力学生物学。
2、索引文献丰富，证明了这本书的知识性，真实性。而且，这些索引文献绝大部分都是最新研究，让读者全面了解该领域的前沿进展。
3、在本书的最后，将出现的专业词汇都罗列出来，大大方便了大家在阅读过程中对力学生物学研究的专业术语的认知。
4、本书最鲜明的特点就是语言浅显易懂，对于初学者有很大的帮助。
本书目录
1. 疾病的力学生物学基础
2. 力学生物学的细胞基础
3. 实验方法
4. 力学生物学中的计算模拟
兰天武汉大学生命科学学院博士研究生