细胞-基底间相互作用和细胞-细胞间相互作用对群体细胞的协同行为(涉及组织形态的发生、伤口愈合以及癌症转移等过程中群体细胞的黏附、排列、极化、迁移、分化等行为)起着至关重要的作用,但是其中定量的调控机理还不清楚。本论文通过实验研究、理论建模以及分子动力学模拟,研究了在复杂环境下(包括基底刚度、几何约束和外力加载等因素),细胞-基底间相互作用和细胞-细胞间相互作用对群体细胞协同性的影响。主要研究内容包括:(1)在不同刚度的水凝胶基底上构建了一维细胞链模型,定量地研究了细胞间协同性。实验研究和理论建模相结合,揭示了基底刚度、细胞间黏附强度以及细胞链长度对细胞链协同收缩行为的作用。同时结果表明细胞间的协同性受到基底刚度和细胞间黏附强度二者耦合作用的调控。(2)设计了一款单轴拉伸细胞力学加载装置(可在显微镜上实时观察细胞在加载环境下的力学行为);并采用此装置,系统研究了周期性单轴拉伸情况下不同曲率伤口的愈合过程以及相应的细胞排列和极化行为。研究了拉伸幅值和拉伸方向对伤口愈合模式和愈合速度的影响。结果表明,受拉伸时的伤口愈合模式与静态愈合模式截然不同,且愈合速度与拉伸幅值有关。(3)基于单轴拉伸细胞力学加载装置,系统研究了拉伸幅值、拉伸频率、细胞密度对上皮细胞层上伤口形成、伤口面积、伤口角度、细胞排列角度的影响。同时,建立了分子动力学模型,研究了拉伸幅值对最大伤口面积的影响。实验观察发现在拉伸载荷下,细胞分裂是伤口形核的主要原因。