細(xì)胞是專家合作者和合作者。為了維持組織健康，細(xì)胞相互交談，相互施加壓力，并踢出對集體整體健康沒有貢獻(xiàn)的細(xì)胞。

當(dāng)需要消除細(xì)胞時，集體組啟動細(xì)胞擠出。細(xì)胞可以擠出有幾個原因 - 它們可能是癌變或衰老的，或者只是過度擁擠其他細(xì)胞。擠出是組織保持健康和完整性的必要過程。

(資料圖)

生物學(xué)家長期以來一直在研究細(xì)胞擠出背后的生化線索和信號，但所涉及的機(jī)械和物理力知之甚少。

現(xiàn)在，受到稱為液晶的物質(zhì)相力學(xué)的啟發(fā)，研究人員開發(fā)了細(xì)胞層的第一個三維模型以及它們物理相互作用產(chǎn)生的擠壓行為。

研究小組從這個新模型中發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞越是被鄰居以對稱方式擠壓，就越有可能從群體中擠出。

該模型和發(fā)現(xiàn)在eLife雜志上的一篇論文中進(jìn)行了描述。這項(xiàng)工作是航空航天和機(jī)械工程教授小約翰·E·古德(John E. Goode， Jr.)實(shí)驗(yàn)室之間的合作;何塞·安德拉德，喬治·W·豪斯納土木和機(jī)械工程教授;以及丹麥哥本哈根的尼爾斯·玻爾研究所。

液晶是介于固體和液體之間的物質(zhì)相。像固體一樣，液晶物質(zhì)抵抗變形，但像傳統(tǒng)液體一樣，構(gòu)成物質(zhì)的分子可以四處流動。

液晶的研究傳統(tǒng)上屬于凝聚態(tài)物理學(xué)領(lǐng)域，但在過去的六年中，它已被用于描述活細(xì)胞的行為。

“這項(xiàng)研究最令人興奮的部分是，我們只是觸及了結(jié)合這些領(lǐng)域的表面，”加州理工學(xué)院前博士后學(xué)者，該研究的第一作者Siavash Monfared說。

“生物學(xué)非常具有挑戰(zhàn)性的是，生命系統(tǒng)是活躍的，失去平衡，而物理學(xué)和力學(xué)通?；跓崃W(xué)平衡。對活性物質(zhì)的研究對于使用物理學(xué)和物理力來理解生物系統(tǒng)有很大的希望。

在這項(xiàng)新工作中，該團(tuán)隊(duì)對單層細(xì)胞進(jìn)行了建模，結(jié)合了液晶物理原理。這些細(xì)胞被建模為活性和可變形的球形液滴，以真實(shí)細(xì)胞形成組織的方式緊密地包裝在一起，并設(shè)置在基質(zhì)上。

然后，研究人員能夠調(diào)整一個稱為粘附的參數(shù)，該參數(shù)衡量細(xì)胞相互粘附或粘附基質(zhì)的強(qiáng)度，并觀察擠出行為如何受到影響。

雖然液晶中的分子可以自由流動，但眾所周知，它們顯示出某些類型的對稱性。其中之一稱為六邊形對稱性，即六重六邊形旋轉(zhuǎn)對稱性。該模型表明，隨著細(xì)胞粘附的增加，集體群體可能會擠出任何破壞六邊形對稱性的細(xì)胞。

“像擠壓這樣的行為來自集體相互作用 - 細(xì)胞相互推動，變形，旋轉(zhuǎn)等等，”Monfared說，他現(xiàn)在是丹麥哥本哈根Niels Bohr研究所的博士后學(xué)者。

“最終目標(biāo)是了解機(jī)械力如何與生化信號相互作用。機(jī)械和生化信號之間的雙向通信是一個活躍而激烈的研究領(lǐng)域。