Smooth muscle cells (SMCs) usually express a contractile phenotype in the healthy aorta. However, aortic SMCs have the ability to undergo profound changes in phenotype in response to changes in their extracellular environment, as occurs in ascending thoracic aortic aneurysms (ATAA). Accordingly, there is a pressing need to quantify the mechanobiological effects of these changes at single cell level. To address this need, we applied Traction Force Microscopy (TFM) on 759 cells coming from three primary healthy (AoPrim) human SMC lineages and three primary aneurysmal (AnevPrim) human SMC lineages, from age and gender matched donors. We measured the basal traction forces applied by each of these cells onto compliant hydrogels of different stiffness (4, 8, 12, 25 kPa). Although the range of force generation by SMCs suggested some heterogeneity, we observed that: 1. the traction forces were significantly larger on substrates of larger stiffness; 2. traction forces in AnevPrim were significantly higher than in AoPrim cells. We modelled computationally the dynamic force generation process in SMCs using the motor-clutch model and found that it accounts well for the stiffness-dependent traction forces. The existence of larger traction forces in the AnevPrim SMCs were related to the larger size of cells in these lineages. We conclude that phenotype changes occurring in ATAA, which were previously known to reduce the expression of elongated and contractile SMCs (rendering SMCs less responsive to vasoactive agents), tend also to induce stronger SMCs. Future work aims at understanding the causes of this alteration process in aortic aneurysms.

平滑肌细胞 (SMC) 通常在健康的主动脉中表达收缩表型。然而，主动脉 SMC 能够响应其细胞外环境的变化而发生表型的深刻变化，如在升胸主动脉瘤 (ATAA) 中发生的那样。因此，迫切需要在单细胞水平上量化这些变化的机械生物学效应。为了满足这一需求，我们对来自年龄和性别匹配的供体的三个主要健康 (AoPrim) 人类 SMC 谱系和三个原发性动脉瘤 (AnevPrim) 人类 SMC 谱系的 759 个细胞应用了牵引力显微镜 (TFM)。我们测量了这些细胞中的每一个施加到不同刚度（4、8、12、25 kPa）的顺应水凝胶上的基础牵引力。尽管 SMC 产生的力的范围暗示了一些异质性，我们观察到： 1. 在刚度较大的基材上，牵引力明显较大；2. AnevPrim 中的牵引力明显高于 AoPrim 细胞。我们使用电机离合器模型对 SMC 中的动态力生成过程进行了计算建模，发现它很好地解释了与刚度相关的牵引力。AnevPrim SMC 中较大牵引力的存在与这些谱系中较大的细胞尺寸有关。我们得出结论，ATAA 中发生的表型变化，以前已知会降低伸长和收缩的 SMC 的表达（使 SMC 对血管活性剂的反应降低），也倾向于诱导更强的 SMC。未来的工作旨在了解主动脉瘤中这种改变过程的原因。在刚度较大的基材上，牵引力明显较大；2. AnevPrim 中的牵引力明显高于 AoPrim 细胞。我们使用电机离合器模型对 SMC 中的动态力生成过程进行了计算建模，发现它很好地解释了与刚度相关的牵引力。AnevPrim SMC 中较大牵引力的存在与这些谱系中较大的细胞尺寸有关。我们得出结论，ATAA 中发生的表型变化，以前已知会降低伸长和收缩的 SMC 的表达（使 SMC 对血管活性剂的反应降低），也倾向于诱导更强的 SMC。未来的工作旨在了解主动脉瘤中这种改变过程的原因。在刚度较大的基材上，牵引力明显较大；2. AnevPrim 中的牵引力明显高于 AoPrim 细胞。我们使用电机离合器模型对 SMC 中的动态力生成过程进行了计算建模，发现它很好地解释了与刚度相关的牵引力。AnevPrim SMC 中较大牵引力的存在与这些谱系中较大的细胞尺寸有关。我们得出结论，ATAA 中发生的表型变化，以前已知会降低伸长和收缩的 SMC 的表达（使 SMC 对血管活性剂的反应降低），也倾向于诱导更强的 SMC。未来的工作旨在了解主动脉瘤中这种改变过程的原因。AnevPrim 中的牵引力显着高于 AoPrim 细胞。我们使用电机离合器模型对 SMC 中的动态力生成过程进行了计算建模，发现它很好地解释了与刚度相关的牵引力。AnevPrim SMC 中较大牵引力的存在与这些谱系中较大的细胞尺寸有关。我们得出结论，ATAA 中发生的表型变化，以前已知会降低伸长和收缩的 SMC 的表达（使 SMC 对血管活性剂的反应降低），也倾向于诱导更强的 SMC。未来的工作旨在了解主动脉瘤中这种改变过程的原因。AnevPrim 中的牵引力显着高于 AoPrim 细胞。我们使用电机离合器模型对 SMC 中的动态力生成过程进行了计算建模，发现它很好地解释了与刚度相关的牵引力。AnevPrim SMC 中较大牵引力的存在与这些谱系中较大的细胞尺寸有关。我们得出结论，ATAA 中发生的表型变化，以前已知会降低伸长和收缩的 SMC 的表达（使 SMC 对血管活性剂的反应降低），也倾向于诱导更强的 SMC。未来的工作旨在了解主动脉瘤中这种改变过程的原因。我们使用电机离合器模型对 SMC 中的动态力生成过程进行了计算建模，发现它很好地解释了与刚度相关的牵引力。AnevPrim SMC 中较大牵引力的存在与这些谱系中较大的细胞尺寸有关。我们得出结论，ATAA 中发生的表型变化，以前已知会降低伸长和收缩的 SMC 的表达（使 SMC 对血管活性剂的反应降低），也倾向于诱导更强的 SMC。未来的工作旨在了解主动脉瘤中这种改变过程的原因。我们使用电机离合器模型对 SMC 中的动态力生成过程进行了计算建模，发现它很好地解释了与刚度相关的牵引力。AnevPrim SMC 中较大牵引力的存在与这些谱系中较大的细胞尺寸有关。我们得出结论，ATAA 中发生的表型变化，以前已知会降低伸长和收缩的 SMC 的表达（使 SMC 对血管活性剂的反应降低），也倾向于诱导更强的 SMC。未来的工作旨在了解主动脉瘤中这种改变过程的原因。之前已知可减少伸长和收缩的 SMC 的表达（使 SMC 对血管活性剂的反应降低），也倾向于诱导更强的 SMC。未来的工作旨在了解主动脉瘤中这种改变过程的原因。之前已知可减少伸长和收缩的 SMC 的表达（使 SMC 对血管活性剂的反应降低），也倾向于诱导更强的 SMC。未来的工作旨在了解主动脉瘤中这种改变过程的原因。