研究加深对细胞迁移的理解，潜在医学进展至关重要

该团队发表在iScience上的研究结合了生物学实验和数学方法，揭示了关于细胞迁移的新见解。通过将数学模型与先进成像技术相结合，团队发现卵室的物理形状，加上称为化学引诱剂的化学信号，显著影响细胞的运动方式。

"这篇论文采用了跨学科视角，数学框架与实验设计紧密结合，"马里兰大学巴尔的摩县分校（UMBC）数学家、合著者布拉德·皮尔西（Brad Peercy）说。"研究结果表明，化学引诱剂的复杂分布可以解释迁移运动中的特定变化。"

皮尔西的热情突显了该研究的创新方法，该方法将精确的数学模型与现实世界的生物实验相结合，揭示了先前不可见的模式。

循迹而行

该团队的研究聚焦于果蝇卵室中的一种细胞——边界细胞。因其与人类发育和疾病过程的相似性，该系统是研究细胞迁移的模型系统。团队发现，边界细胞的运动并非如早期模型所暗示的那样，仅由卵室一端到另一端化学浓度持续增加所驱动。相反，组织的物理结构——狭窄管道与宽阔间隙交替出现——发挥了关键作用。

"这是我们首次揭示这些迁移行为模式最终与组织几何形态特征相关联，"生物学家亚历克斯·乔治（Alex George）解释道。他于2024年在UMBC获得博士学位，并将于几周后在达特茅斯盖泽尔医学院开始博士后研究职位。他将迁移过程比作汉赛尔与格莱特跟随面包屑穿越森林：在平坦平原上，路径清晰，但在布满沟壑和山谷的地形中，面包屑会以意想不到的方式聚集，使路径变得复杂。

为理解此现象，合著者纳格梅·阿卡万（Naghmeh Akhavan）——她于今年春季在UMBC获得数学博士学位——开发了数学模型，模拟细胞如何同时响应化学信号和组织几何形态。"亚历克斯的实验表明，速度与先前模型所展示的并不完全一致，"她说。她的模型揭示细胞在狭窄管道中加速，在较大间隙中减速，这一模式得到了乔治成像实验的证实。

湿实验室实验和建模这两种方法都为研究提供了独特优势。将它们结合起来"就像从两个不同视角揭示不可见之物，"乔治说。"我的实验会完善她的模型，而她的模型也会优化我的实验。"

"当我们的模型精确地呈现出亚历克斯在实验中发现的规律时，我们倍感欣喜，"阿卡万补充道。

新策略，新发现

该研究更广泛的影响在于其有潜力为发育生物学以外的领域提供信息。细胞迁移在伤口愈合、免疫反应和癌症转移等过程中至关重要。

"关于细胞如何在环境中导航的大多数研究只关注化学信号或仅关注结构信号，因此这是为数不多同时考虑两者如何相互影响的研究之一，这在许多情况下很可能具有相关性，"UMBC生物学家、合著者米歇尔·斯塔兹-盖亚诺（Michelle Starz-Gaiano）解释道。通过展示组织几何形态与化学信号如何相互作用，该研究可能为通过医学治疗控制细胞运动的新策略提供指导。

该团队的研究持续进展，包括最近在弗吉尼亚州珍妮莉亚研究园区先进成像中心进行的实验。乔治在那里使用专业显微镜捕捉到了相关化学引诱剂此前未被观察到的动态。这些发现将进一步优化团队的模型，开辟新的研究途径。

"我们正在生物学和数学两个方面开发新的实验策略，"斯塔兹-盖亚诺说，"因此，接下来看看这将引领我们走向何方将会非常令人兴奋。"