細胞的主動(dòng)遷移能力是生命物質(zhì)的基本特性。MPI-DS的科學(xué)家們研究了這種運動(dòng)如何與整個(gè)細胞群體的生長(cháng)相互作用，這種現象可以在多種細胞聚集體中觀(guān)察到。當組織中的細胞、細菌群落、實(shí)驗室細胞培養或腫瘤細胞不斷分裂時(shí)，細胞群落會(huì )逐漸占據更多空間。
研究人員在一個(gè)簡(jiǎn)單的計算機模型中重現了這種三維細胞群落生長(cháng)的場(chǎng)景，并賦予細胞一定的力量以主動(dòng)移動(dòng)，這種能力被稱(chēng)為運動(dòng)性。在他們的模擬中發(fā)現，更頻繁的細胞分裂和更快速的生長(cháng)會(huì )限制細胞的運動(dòng)，從而減少細胞群體的混合程度。在此情況下，盡管細胞仍具備運動(dòng)潛力，但個(gè)體細胞的遷移幾乎不可見(jiàn)。
“令我們感到驚訝的是，我們發(fā)現存在一個(gè)相對明確的運動(dòng)性閾值，超過(guò)該閾值后，細胞群落的生長(cháng)幾乎完全抑制了細胞的遷移。”第一作者Torben Sunkel表示。只有當運動(dòng)性與生長(cháng)速率的某個(gè)比率超過(guò)這一閾值時(shí)，細胞才會(huì )開(kāi)始在組織中移動(dòng)。在生物學(xué)中，細胞能夠根據生化信號或其他機制切換其運動(dòng)性是眾所周知的。
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圖片信息：細胞在不斷增長(cháng)的集落中主動(dòng)遷移。當運動(dòng)太弱或生長(cháng)太強時(shí)，這種混合會(huì )受到抑制。
“然而，在我們的模型中，這一轉變純粹源于機械相互作用的自然結果——這是從眾多個(gè)體部分相互作用中產(chǎn)生的集體行為的典型示范。”研究的資深作者Philip Bittihn強調。
研究人員發(fā)現，這種行為的原因有兩個(gè)方面：一方面，細胞的分裂和生長(cháng)導致群落內部空間不足，直接通過(guò)機械接觸妨礙了細胞運動(dòng)；另一方面，群落的快速擴張使細胞需要移動(dòng)更遠的距離，從而降低了現有運動(dòng)的有效性。
細胞群落如何組織和構建自身在許多領(lǐng)域都具有重要意義。因此，這項研究可能為實(shí)驗研究提供新的切入點(diǎn)，例如對細菌群落、愈合過(guò)程或組織工程等領(lǐng)域的探索。
期刊：Communications Physics
DOI：10.1038/s42005-025-02090-5
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