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核心概念
細胞間黏附強度的增加會導致組織從液態轉變為固態,與頂點模型和沃羅諾伊模型的預測相反。這一結果與體外實驗和體內形態發生過程的觀察一致。
摘要
本文介紹了一個二維有源力模型,用於模擬近乎密集的組織單層。與常用的頂點模型和沃羅諾伊模型不同,該模型顯示,降低細胞間黏附會導致自發的鄰居交換和流化。在液-固相邊界附近,模型還表現出玻璃態行為,包括次擴散動力學、漩渦細胞運動和位移分布的非高斯指數尾部。這些指數尾部可以折疊到一條主曲線上,暗示在玻璃態下存在一個普遍的"擴散長度"。值得注意的是,基於細胞形狀的結構參數無法始終區分組織相,這是由於細胞形狀在相變附近出現巨大的波動,而頂點和沃羅諾伊模型無法捕捉到這一現象。該模型框架可以去除許多任意特徵,並在不同條件下重現已知模型行為,為發育生物學和生理學提供潛在應用。
Role of intercellular adhesion in modulating tissue fluidity
統計資料
細胞間黏附強度增加會導致組織從液態轉變為固態。
細胞形狀指數的平均值無法單獨作為區分組織相的結構序參量,因為在相變附近細胞形狀波動很大。
在玻璃態下,位移分布的指數尾部可以折疊到一條主曲線上,暗示存在一個普遍的"擴散長度"。
引述
"降低細胞間黏附會導致自發的鄰居交換和流化。"
"在玻璃態下,位移分布的指數尾部可以折疊到一條主曲線上,暗示存在一個普遍的'擴散長度'。"
"基於細胞形狀的結構參數無法始終區分組織相,這是由於細胞形狀在相變附近出現巨大的波動。"
深入探究
如何在實驗中驗證模型預測的細胞間黏附對組織流動性的影響?
要在實驗中驗證模型預測的細胞間黏附對組織流動性的影響，可以採用以下幾種方法：
細胞培養實驗：在體外培養細胞單層，通過調整細胞間黏附分子的表達水平（例如，使用抗體或基因編輯技術下調或上調黏附分子），觀察細胞的流動性變化。可以使用時間推移的顯微鏡技術來記錄細胞的運動，並計算細胞中心的均方位移（MSD）來評估流動性。
機械性測試：利用微流體技術或原子力顯微鏡（AFM）測量細胞單層的機械性質。通過施加外部壓力或剪切力，觀察細胞的變形行為，並與模型預測的液-固相轉變進行比較。
標記和追蹤：使用螢光標記技術標記細胞，並利用高解析度顯微鏡追蹤細胞的運動。通過分析細胞的運動模式和相互作用，可以驗證細胞間黏附對組織流動性的影響。
數據分析：將實驗數據與模型預測進行比較，特別是關於細胞間黏附強度與流動性之間的關係。可以使用統計方法來評估實驗結果是否支持模型的預測。
除了細胞間黏附,其他哪些細胞內部或細胞外因素可能會影響組織的液-固相轉變?
除了細胞間黏附，還有多種細胞內部和細胞外因素可能影響組織的液-固相轉變：
細胞內部壓力：細胞內的膨脹壓力（如細胞質壓力）對細胞的形狀和相互作用有重要影響。高內部壓力可能促進細胞的固化，因為它增加了細胞對周圍環境的抵抗力。
細胞形狀和大小：細胞的形狀和大小變化會影響細胞間的接觸面積和相互作用，進而影響組織的流動性。細胞形狀的多樣性可能導致不同的流動行為。
細胞運動性：細胞的自我推進能力（如細胞骨架的動態重組）會影響細胞的流動性。細胞的運動性越強，越可能促進液-固相轉變。
外部環境因素：如基質的剛性、化學信號（如生長因子）和物理環境（如剪切力和拉伸力）都會影響細胞的行為和組織的流動性。
細胞間的相互作用：除了黏附，細胞之間的其他相互作用（如力的傳遞和信號傳導）也會影響組織的流動性和相變行為。
玻璃態下的"擴散長度"是否可以用於預測和控制生物組織的機械性質?
玻璃態下的"擴散長度"可以用於預測和控制生物組織的機械性質，具體原因如下：
動態異質性：在玻璃態中，細胞的運動顯示出顯著的動態異質性，這意味著不同細胞的運動行為和擴散特性可能會影響整體組織的機械性質。通過測量擴散長度，可以獲得有關細胞運動的資訊，進而推斷組織的剛性和流動性。
預測模型：擴散長度的測量可以用於建立數學模型，這些模型能夠預測在不同條件下（如細胞間黏附、內部壓力等）組織的機械行為。這些模型可以幫助研究人員理解和預測組織在生理和病理狀態下的行為。
控制機械性質：通過調整影響擴散長度的因素（如細胞間黏附強度、細胞運動性等），可以在一定程度上控制組織的機械性質。例如，在組織工程中，調整這些參數可以設計出具有特定機械性質的組織。
應用於疾病研究：在癌症等疾病中，細胞的流動性和組織的機械性質會發生變化。通過研究玻璃態下的擴散長度，可以幫助識別疾病進展的機制，並開發新的治療策略。
總之，玻璃態下的擴散長度不僅是理解細胞運動的關鍵指標，還可以作為預測和控制生物組織機械性質的重要工具。
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