Poroelastic osmoregulation of living cell volume

孔力学 生物物理学 渗透性休克 化学 渗透压 渗透浓度 渗透调节 细胞质 细胞内 渗透 流变学 细胞生物学 材料科学 多孔介质 生物 生物化学 多孔性 盐度 基因 复合材料 有机化学 生态学
作者
Mohammad Hadi Esteki,Andrea Malandrino,Ali Akbar Alemrajabi,Graham K. Sheridan,Guillaume Charras,Emad Moeendarbary
出处
期刊:iScience [Elsevier]
卷期号:24 (12): 103482-103482 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.isci.2021.103482
摘要

Cells maintain their volume through fine intracellular osmolarity regulation. Osmotic challenges drive fluid into or out of cells causing swelling or shrinkage, respectively. The dynamics of cell volume changes depending on the rheology of the cellular constituents and on how fast the fluid permeates through the membrane and cytoplasm. We investigated whether and how poroelasticity can describe volume dynamics in response to osmotic shocks. We exposed cells to osmotic perturbations and used defocusing epifluorescence microscopy on membrane-attached fluorescent nanospheres to track volume dynamics with high spatiotemporal resolution. We found that a poroelastic model that considers both geometrical and pressurization rates captures fluid-cytoskeleton interactions, which are rate-limiting factors in controlling volume changes at short timescales. Linking cellular responses to osmotic shocks and cell mechanics through poroelasticity can predict the cell state in health, disease, or in response to novel therapeutics.

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