压力下的细胞集落——生长如何阻止运动

细胞生长和主动迁移之间的相互作用在生长细胞集落的空间混合中起着至关重要的作用。这种联系是由马克斯·普朗克动力学和自组织研究所（MPI-DS）生命物质物理系的科学家发现的。他们的研究结果发表在《通信物理学》上，为理解细菌菌落和肿瘤的动力学提供了新的方法。

主动迁移的能力是细胞等生命物质的基本属性。MPI-DS的科学家们研究了这种运动如何与整个菌落的生长相互作用，这可以在各种细胞聚集体中观察到。当组织中的细胞、细菌菌落、实验室或肿瘤中的细胞培养物持续分裂并占据越来越多的空间时，就会发生这种生长。

研究人员在一个生长中的三维细胞集落的最小计算机模型中重建了这种情况，并给细胞施加了一定的力量来主动移动，这种能力被称为运动能力。在他们的模拟中，他们发现更频繁的细胞分裂和更快的生长可以限制细胞的运动，从而减少菌落的混合。在这种情况下，几乎看不到单个细胞的任何迁移，即使它们有可能移动。

该研究的第一作者Torben Sunkel说：“令人惊讶的是，我们发现有一个相对尖锐的运动阈值，当达到该阈值时，集落的生长几乎完全抑制了细胞的迁移。”。一旦超过一定的运动与生长速率的比率，细胞才开始在组织中移动。在生物学中，众所周知，细胞可以根据生化信号或其他机制开启或关闭运动。

“但在我们的模型中，这种转变本身纯粹是由机械相互作用引起的，这是许多单个部分相互作用引起集体行为的一个典型例子，”该研究的资深作者、MPI-DS生命物质物理系的组长Philip Bittihn强调道。

正如研究人员发现的那样，这种行为的原因有两个：一方面，细胞分裂和生长导致菌落内部空间不足，这直接通过机械接触阻止了运动。另一方面，菌落的快速空间扩张意味着细胞必须走得更远，这使得任何现有的运动都不那么有效。

细胞集落如何组织和构造自己在许多领域都很重要。因此，该研究也可能为实验和医学研究提供新的起点，例如细菌菌落、伤口愈合过程、组织工程或癌症研究。p