文章导读
你是否知道，细胞感知力学信号的过程竟隐藏着毫秒到数年的“时间密码”？西安交大徐峰团队首次构建“力学生物学时间尺度数据库”，系统整合从细胞膜瞬时反应到细胞核长期重塑的跨尺度响应规律，揭示力学信号传递的时序层次与复杂路径。这项发表于《自然综述·物理》的研究，不仅破解了细胞如何“读懂”力的时空逻辑，更为癌症、纤维化等疾病的时序精准治疗带来全新可能。打开这一数据库，等于握住了操控细胞行为的“时间钥匙”。
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在生物学和医学研究中，力学信号（如压力或拉伸）如何影响细胞行为是一个关键问题。但现有研究往往只关注某个时间尺度，比如毫秒级的快速反应或跨年度的长期变化，缺乏将不同时间尺度整合起来的系统性分析。这导致我们无法全面理解力学信号从触发到最终影响细胞功能的完整过程，从而限制了在组织发育、疾病防治等方面的应用。
图1 力学生物学时间尺度数据库在线网站（https://www.temporal-mechanobiology.com/）
针对这一难题，西安交通大学徐峰教授团队构建了“力学生物学时间尺度数据库”。该数据库作为一个开放平台，旨在整合从毫秒到数年等多个时间尺度的力学响应数据，填补研究空白。通过对数据整合分析，团队发现细胞对力学刺激的响应具有时序层次性：例如，细胞膜和离子通道能在几秒内反应，而细胞核的响应（如染色质重塑）可能需要数小时甚至数周。这种递进式传递揭示了力学信号传导的多样性，但也存在例外，如力学拉伸可直接快速影响核孔，强调信号路径的复杂性。相关图表（图1和图2）展示了数据库网站和具体机制，帮助可视化这些过程。
图2 细胞力学信号转导途径多样性
该研究通过数据库的构建，系统总结了力学信号跨时间尺度的协调规律，为理解组织稳态、发育过程及疾病（如癌症和纤维化）提供了新视角。未来，团队将探索短暂力学事件如何编码长期细胞行为、信号传播速率的调控机制，以及新技术的应用潜力，以推动开发针对力学相关疾病的时序特异性治疗策略，助力健康医疗发展。
该成果以《跨时间尺度的力学生物学》（“Mechanobiology across timescales”）为题在《自然综述 物理》（Nature Reviews Physics）上在线发表。西安交通大学生命学院程波及李墨筱为论文第一作者，西安交通大学生命学院徐峰教授、林敏教授及西安交通大学第二附属医院郭卉教授为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金重点/面上项目、中央高校基本科研业务费等项目以及教育部生物医学信息工程重点实验室、国家医学攻关产教融合创新平台等的支持。
西安交通大学仿生工程与生物力学研究所（BEBC）围绕“重大疾病诊治”领域中共性科学问题和技术挑战，按照“临床重大需求牵引-生物力学理论创新-医工核心技术突破-临床转化应用推广”的研究思路，创立了“多尺度生物热-力-电耦合学”，开拓了“力-医学”学科新方向。BEBC立足力学基础理论，交叉融合材料、化学、生物、医学等领域，按照“临床问题-实验室研究-临床应用”的研究思路，在力学微环境领域开展了从组织到细胞和分子尺度的多尺度生物热-力-电耦合学等基础和应用研究，为阐明重大疾病的发病机理和临床诊疗提供有效的理论指导和技术方案。相关成果发表于Nature Reviews Physics、Nature Materials、Nature Chemistry、Nature Communications、Science Advances、PNAS等权威期刊。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s42254-025-00874-w
团队网址：https://bebc.xjtu.edu.cn/
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