Biological Physics of the Developing Embryo pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Cambridge Univ Pr

作者:Forgacs, Gabor/ Newman, Stuart A.

出品人:

页数:337

译者:

出版时间:2005-11

价格:$ 133.34

装帧:HRD

isbn号码:9780521783378

丛书系列:

图书标签:

生物物理学
胚胎发育
发育生物学
物理生物学
细胞生物学
生物力学
建模
非平衡热力学
自组织
模式形成

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具体描述

During development cells and tissues undergo changes in pattern and form that employ a wider range of physical mechanisms than at any other time in an organism's life. This book shows how physics can be used to analyze these biological phenomena. Written to be accessible to both biologists and physicists, major stages and components of the biological development process are introduced and then analyzed from the viewpoint of physics. The presentation of physical models requires no mathematics beyond basic calculus. Physical concepts introduced include diffusion, viscosity and elasticity, adhesion, dynamical systems, electrical potential, percolation, fractals, reaction-diffusion systems, and cellular automata. With full-color figures throughout, this comprehensive textbook teaches biophysics by application to developmental biology and is suitable for graduate and upper-undergraduate courses in physics and biology.

细胞力学与组织形态发生作者：约翰·P·史密斯 (John P. Smith) 出版社：科学前沿出版社 (Frontier Science Press) 出版年份： 2023 --- 内容简介《细胞力学与组织形态发生》深入探讨了在多细胞生物发育过程中，物理力量在驱动细胞行为、塑造组织结构和最终形成复杂器官形态中所扮演的核心角色。本书超越了传统的分子生物学视角，聚焦于生物物理学的基本原理如何与遗传调控网络相互作用，共同谱写生命的蓝图。本书的论述建立在一个核心前提之上：发育是一个物理受限的、由机械应力、流体力学和几何约束共同调控的过程。遗传信息设定了潜力，但物理环境和由此产生的力学反馈决定了最终形态的实现。第一部分：细胞层面的机械驱动力本书首先详细回顾了驱动组织重塑的基本细胞力学单元。第一章：细胞骨架的机械敏感性与主动收缩本章详细分析了肌动蛋白（Actin）和微管（Microtubule）构成的细胞骨架，它们不仅是细胞的支撑结构，更是产生和感知机械力的“引擎”。重点讨论了肌球蛋白II（Myosin II）在产生张力中的作用，以及这些内部张力如何通过整合素介导的细胞外基质（ECM）粘附点传递到相邻细胞和周围环境中。通过定量模型，我们阐述了不同细胞类型（如上皮细胞和间充质细胞）如何通过调控肌球蛋白的激活水平来精确控制收缩力，从而驱动细胞的迁移、分裂和重排。第二章：细胞粘附与界面张力细胞间的粘附结构，如紧密连接、粘着连接和桥粒，被视为重要的机械节点。本章探讨了这些连接的动态性质——它们如何实时响应外部应力并调节其结合强度。特别是对差速粘附的分析，揭示了不同表面张力在相邻细胞群体中驱动细胞分层和边界形成的机制。我们引入了关于界面张力的热力学观点，解释了为什么某些细胞集合会倾向于形成特定的拓扑结构，例如皮层收缩驱动的“内陷”或“出芽”过程。第三章：细胞变形与拓扑转变细胞的几何形状变化是组织形态发生的基础。本章深入研究了细胞在不同环境约束下（如在受限空间内迁移或在拥挤组织中重新排列）的变形机制。我们讨论了诸如细胞翻转（Cell Inversion）、细胞夹带（Cell Intercalation）等关键的拓扑转变过程。利用Voronoi图和有限元分析（FEA）的工具，本书展示了如何模拟细胞核的刚度、细胞膜的弹性以及细胞质的粘弹性对迁移路径和组织边界清晰度的影响。第二部分：组织与器官尺度的力学耦合在宏观层面，细胞间的相互作用汇聚成驱动大规模形态变化的宏观力场。第四章：组织流变学与集体运动组织不再被视为静态的细胞堆积，而是一种具有复杂流变学特性的活性物质（Active Matter）。本章侧重于描述组织在发育过程中表现出的粘滞性、弹性和塑性行为。我们详细考察了组织剪切和伸展在胚层形成（如上胚层或中胚层形成）中的关键作用。通过分析组织作为一个连续体的行为，我们解释了群体迁移（Collective Migration）中，前导细胞如何通过施加拉伸力来引导后随细胞，以及组织内部的应力集中点如何预测未来的折叠或分裂轴线。第五章：机械诱导的折叠与生长许多关键的发育事件，如神经管的形成、内胚层的凹陷或肢芽的起始，都是通过机械屈曲（Mechanical Buckling）实现的。本章整合了经典的力学理论（如张/压失稳）与生物学的调控机制。我们探讨了梯度驱动的生长（即不同区域细胞增殖速度和细胞尺寸的差异）如何与局部机械应力场协同作用，创造出所需的曲率。特别关注了如何通过控制细胞收缩和ECM沉积的差异来精确控制折叠的半径和深度。第六章：细胞外基质（ECM）的机械调控作用 ECM不仅是细胞的锚点，更是主动的机械调控因子。本章阐述了胶原纤维、纤连蛋白和透明质酸的结构如何决定了组织的刚度和各向异性。我们讨论了机械信号的传导：细胞如何通过整合素感受ECM的刚度，并反过来通过分泌酶（如MMPs）重塑其微环境。这种持续的、双向的力学对话是确保发育结构稳定性的核心机制。第三部分：力学反馈与稳态本书的最后部分探讨了力学信号如何反过来影响基因表达，形成一个稳健的发育回路。第七章：机械信号转导通路本章详细介绍了细胞如何“感知”到机械刺激并将其转化为生化信号。重点解析了涉及YAP/TAZ、Rho-ROCK信号通路以及细胞核内染色质重塑的机制。我们阐述了核张力在调控转录因子活性中的作用，以及在不同组织（如软组织对低应力敏感，硬组织对高应力敏感）中，这种信号转导的差异性。第八章：发育中的稳健性与病理机制发育过程对外界扰动具有惊人的抵抗力，即稳健性（Robustness）。本章从力学的角度解释了这种稳健性是如何通过冗余的、相互补偿的机械反馈回路实现的。此外，我们还探讨了当这些力学平衡被打破时所导致的病理状态，例如在纤维化、肿瘤侵袭和先天性畸形（如唇腭裂）中，不适当的机械张力或错误的ECM组装如何破坏正常的形态发生路径。结论：整合生物物理学视角全书总结强调，未来的发育生物学研究必须将遗传学、细胞生物学和生物物理学紧密结合。理解发育的全部复杂性，需要我们像工程师一样思考，量化细胞和组织在三维空间和时间维度上的力学行为。本书为研究人员提供了必要的理论框架和实验方法论，以期在原子尺度到器官尺度上，全面阐释生命的形态构建过程。 --- 目标读者：发育生物学家、细胞生物学家、生物物理学家、生物工程专业学生及研究人员。关键词：细胞力学、形态发生、组织重塑、活性物质、机械信号转导、组织流变学、细胞骨架、ECM。