研究加深对细胞迁移的理解，这对潜在医学进展非常重要

该团队的研究发表在《iScience》上，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，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重点，在数学框架与实验设计之间实现了紧密协作，" UMBC数学家兼合著者布拉德·皮尔西（Brad Peercy）表示，"研究结果支持了复杂化学引诱剂分布可解释迁移运动中特定变异的观点。"

皮尔西的热情突显了这项研究的创新方法——它将精确的数学模型与现实世界的生物实验相融合，揭示了此前不可见的模式。

循踪觅迹

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，此系统成为研究细胞迁移的模型。团队发现，边界细胞的运动并非如早期模型所示，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排列——起到了关键作用。

"这是我们首次揭示这些迁移行为模式与组织几何特征存在关联，"生物学家兼合著者亚历克斯·乔治（Alex George）解释道。乔治于2024年在UMBC获得博士学位，几周后将在达特茅斯学院盖泽尔医学院开始博士后研究。他将迁移过程比作《汉赛尔与格莱特》中跟随面包屑穿越森林：在平坦原野上路径清晰，但在布满沟壑峡谷的地形中，面包屑会以意料之外的方式汇集，使路径复杂化。

为理解此现象，合著者纳格梅·阿哈万（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。阿哈万于今年春季在UMBC获得数学博士学位，她指出："亚历克斯的实验表明速度与先前模型的预测并不完全一致。"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。

湿实验室实验与建模这两种方法为研究带来了独特优势。乔治表示，将两者结合"如同从两个不同视角揭示不可见的事物"，"我的实验会优化她的模型，而她的模型也会优化我的实验。"

阿哈万补充道："当我们的模型精确复现亚历克斯实验中的发现时，我们对此深感欣喜。"

新策略，新发现

该研究的更广泛影响在于其有望为发育生物学之外的领域提供启示。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。

"大多数关于细胞如何在世界中导航的研究仅关注化学信号或仅关注结构信号，因此这是首批探讨这两者如何相互影响的研究之一，这种现象很可能在多种情境中具有关联性，"UMBC生物学家兼合著者米歇尔·斯塔兹-盖亚诺（Michelle Starz-Gaiano）解释道。通过揭示组织几何结构与化学信号的相互作用，该研究可能为通过医疗手段控制细胞运动的新策略提供指导。

团队的研究持续发展，包括近期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——乔治利用专用显微镜捕捉了相关化学引诱剂此前未被观测到的动态。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领域开发新的实验策略，"斯塔兹-盖亚诺表示，"因此看到这将引领我们走向何方，将是激动人心的。"