破骨细胞是一种体形大的多核细胞,能够吸收骨质材料。破骨细胞遇到基底材料时,会出现一种点状、富含细胞骨架蛋白的结构——podosomes,并且podosomes会动态组装成簇、环或带状的高级结构。本文研究从细胞群体到单个podosome的动力学及其功能。本文主要进行了三方面的研究。首先进行了在细胞尺度上的时间动态测量与分析,并对各分化时期时细胞内的actin进行了量化分析。细胞尺度的时间动态测量实验,首次获得了破骨细胞表面积A与细胞核数目K之间的量化关系：A～K2。该结论从量化上揭示了破骨细胞形态上的扁平表征。关系式中的指数’2’,与细胞分化长时间后的细胞数分布对应：除了大量的小细胞外,出现了一组大细胞（细胞核数目K约为30）。细胞融合的模拟模型也证实了该指数’2’的合理性。另外,细胞内actin的量化分析,首次提出了podosomes的组装（随着分化时间,podosomes依次动态组织成簇、环或带状结构）只取决于细胞分化的时间,并不取决于细胞核的数目（即不取决于细胞大小）。另一方面,本文进行了一系列的单个活细胞运动观察和分析实验,研究了podosomes在细胞运动中的作用,首次提出了podosomes能够驱使破骨细胞运动。该研究利用经基因转染后actin能自行发出绿色荧光的（actin-GFP）破骨细胞为活细胞观察对象。实验观察发现,podosomes的形成和细胞伸展有着强烈关联。近一步的细胞施加在基底材料上的力学分析和长时间细胞运动实验显示,podosomes结构的内在骨架蛋白动力学不仅与细胞运动有着强烈关联,并且其驱使细胞运动。另外,为了理解单个podosome的内在动力学,在前期Biben等提出的podosome理论模拟模型的基础上,考虑到骨架蛋白和其切割蛋白gelsolin的相互作用,本文发展了在分子水平上的单个podosome的理论模拟模型。模拟结果显示podosome系统主要由骨架蛋白动力学决定,而gelsolin的局部浓度影响不大。