研究深化对细胞迁移的理解，这对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，结合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方法，数学框架与实验设计紧密协作，"UMBC数学家、合著者布拉德·皮尔西说。"研究结果支持了化学引诱剂的复杂分布可以解释迁移运动中特定变化的观点。"

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，揭示了以前无法观察到的模式。

循迹而行

该团队的工作聚焦于果蝇卵室中的一种细胞——边界细胞。由于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，仅由从卵室一端到另一端持续增加的化学浓度驱动。相反，组织的物理结构——狭窄管道与宽阔间隙交替出现——起到了关键作用。

"这是我们首次描述出这些迁移行为模式最终与组织几何特征相关联，"生物学家、合著者亚历克斯·乔治解释道。他于2024年在UMBC获得博士学位，并将于几周后开始在达特茅斯盖泽尔医学院进行博士后研究。他将迁移过程比喻为汉赛尔与格莱特在森林中跟随面包屑：在平坦的平原上，踪迹清晰可见，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。

为了理解这一点，合著者纳格梅·阿卡万（Naghmeh Akhavan）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结构。她于今年春季在UMBC获得数学博士学位。"亚历克斯的实验表明，运动速度与先前模型显示的方式并不完全相同，"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结果的证实。

湿实验室实验和建模这两种方法都为这项工作带来了独特的优势。将它们结合起来"就像从两个不同的视角揭示看不见的东西，"乔治说。"我的实验会完善她的模型，而她的模型也会完善我的实验。"

"当我们的模型精确地显示出亚历克斯在实验中发现的结果时，我们对此感到欣喜，"阿卡万补充道。

新策略，新发现

该研究的更广泛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只关注结构信号，因此这是首批考虑这两者如何相互影响的研究之一，这在许多情况下可能都具有相关性，"UMBC生物学家、合著者米歇尔·斯塔兹-盖亚诺解释道。通过展示组织几何结构和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。

该团队的工作持续发展，包括最近在弗吉尼亚州珍妮莉亚研究园区高级成像中心进行的实验。乔治在那里使用专用显微镜捕捉到了相关化学引诱剂以前未被观察到的动态。这些发现将进一步优化团队的模型，为研究开辟新途径。

"我们正在生物学和数学方面开发新的实验策略，"斯塔兹-盖亚诺说，"因此看到这将引领我们走向何方将是令人兴奋的。"

Story Source:

Materialsprovided byUniversity of Maryland Baltimore County.Note: Content may be edited for style and length.

Journal Reference:

Alexander George, Naghmeh Akhavan, Bradford E. Peercy, Michelle Starz-Gaiano.Chemotaxis of Drosophila border cells is modulated by tissue geometry through dispersion of chemoattractants.iScience, 2025; 28 (3): 111959 DOI:10.1016/j.isci.2025.111959