Active Tension Network model reveals an exotic mechanical state realized in epithelial tissues
现在人们广泛认识到，细胞之间的机械相互作用在上皮形态发生中起着至关重要的作用，然而，由于细胞机械行为的复杂性和组织内力的直接测量的困难，理解应力和变形影响细胞行为的机制仍然是一个悬而未决的问题。理论模型可以通过集中实验研究和提供解释测量的框架来提供帮助。为此，“顶点模型”已经引入了基于平面组织的多边形平铺表示的上皮细胞力学的近似。在这里，我们制定和分析的主动张力网络（ATN）模型，这是基于上皮组织几何形状的相同的多边形表示，但另外i）假设机械平衡是由皮质张力和ii）引入张力依赖性局部重塑的皮质，代表细胞骨架力学的主动性质。张力优势假设有直接的影响，细胞的几何形状，我们证明，在某些类型的果蝇上皮组织举行。我们表明，固定配置的ATN形成一个流形，每个细胞的自由度，对应于“等角”-即角度保持-变形的细胞，这主导了动态响应扰动。我们发现，等角模式约占90%的实验观察到的变形细胞在果蝇腹沟形成的过程中。我们的模型的其他有趣的属性包括指数筛选的机械应力和负泊松比响应外部单轴应力。我们还提供了一种新的方法来推断局部皮质张力的问题，从观察到的几何形状的上皮细胞在一个组织
2017-01-18 q-bio.CB q-bio.TO
Undulation Instability of Epithelial Tissues
将上皮细胞作为粘弹性基质附近的不可压缩流体处理，我们发现了一种新的流体动力学不稳定性，导致上皮细胞突起形成基质。这种不稳定性是在体内观察到的上皮指状的候选者。它发生在足够大的粘度、细胞分裂速率和上皮中分裂区域的厚度。我们的工作提供了一个潜在的机制，上皮细胞和间质之间的界面起伏，并可能通过组织发育不良导致癌的侵袭物理洞察。
2011-05-10 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Active wetting of epithelial tissues
发育、再生和癌症涉及组织形态的急剧转变。与惰性流体的行为类似，这些转变中的一些被解释为润湿转变。然而，这种类比的有效性和范围尚不清楚，因为驱动组织润湿的活跃细胞力既没有被测量也没有被理论解释。在这里，我们表明，2D上皮单层和3D球状聚集体之间的过渡可以理解为一个主动润湿过渡，其物理性质从根本上不同于被动润湿现象。通过结合一个积极的极性流体模型与测量的物理力作为一个功能的组织大小，收缩性，细胞-细胞和细胞-基板的粘附性，和基板的刚度，我们表明，润湿过渡的结果之间的竞争牵引力和收缩细胞间的应力。这种竞争定义了一个新的内在的长度尺度，产生了一个临界尺寸的润湿过渡组织，一个引人注目的功能，没有对应的经典润湿。最后，我们表明，积极的形状波动动态放大组织去湿。总体而言，我们的结论是，组织蔓延构成了一个突出的例子主动润湿-一种新的物理场景，可以解释组织形态发生和肿瘤进展过程中的形态转变。
2019-02-24 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.TO
Active morphogenesis of patterned epithelial shells
本研究将上皮片层描述为主动粘弹性表面，考虑向列排列引起的各向异性张力与弯矩，发现其与内部张力梯度的结合足以重现褶皱、出芽等上皮形态发生的基本构建模块。
2024-12-19 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.TO
Mechanics of epithelial tissue formation
任何多细胞生物生命中的一个关键过程是从单个卵子发育成完全成熟的成体。这个过程的第一步通常是由卵表面随机放置的细胞形成组织层。我们提出了一个模型，用于产生这样的组织，并发现所得到的细胞图案对应于细胞核的Voronoi镶嵌。在实验中，我们在果蝇和面粉甲虫中获得了相同的结果，细胞形状的分布与模型相匹配，没有任何可调参数。最后，我们表明，当细胞不以相同的速度生长时，这种模式被打破。
2018-06-11 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.TO
Bubbly vertex dynamics: a dynamical and geometrical model for epithelial tissues with curved cell shapes
为了从数学上和物理上描述上皮组织中细胞的二维堆积，已经发展了几种几何模型，如顶点模型、有限元模型、细胞中心模型、细胞Potts模型等。到目前为止，在任何情况下，压力都没有被整齐地处理，甚至通过近似忽略了单元边界的曲率。我们专注于这些量，并制定他们的顶点模型。为此，构造了具有曲率的模型，并给出了仿真算法。它可能的扩展和应用也将被讨论。
2014-10-08 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Robustness of force and stress inference in an epithelial tissue
在形态发生期间，组织的形状来自集体细胞行为，其部分地由细胞之间的机械和生物化学相互作用调节。因此，力和应力的定量化对于分析控制组织形态发生的机制是必要的。最近，已经开发了一种基于从细胞形状和连接性推断力的机械测量方法。它是非侵入性的，并且可以提供上皮组织内的力和应力的时空图，直到前因子。我们以前进行了比较研究的三个力推理方法，不同的是他们的方法来处理不确定性之间的细胞形状和力的反问题。在本研究中，为了进一步验证和比较三种力推断方法，我们通过测量估计力的时间波动来测试它们的鲁棒性。发育中的组织中细胞水平动力学的定量数据表明，力和应力的变化在短时间内（$\sim$分钟）将保持很小。在这里，我们表明，细胞连接的张力和整体应力推断贝叶斯力推断方法随时间的变化比那些推断的方法，估计只有紧张。相比之下，估计细胞压力的时间波动的幅度不同的方法之间的差异较小。总之，本研究加强了贝叶斯力推理方法的有效性和鲁棒性。
2014-02-18 q-bio.CB q-bio.TO
Elasticity and plasticity of epithelial gap closure
Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）；Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics（马克斯·普朗克分子细胞生物学与遗传学研究所）；Center for Systems Biology Dresden（德累斯顿系统生物学中心）
研究上皮间隙闭合中细胞重排与组织弹性相互作用，揭示流体化组织中不均匀的肌动蛋白-肌球蛋白电缆的机械作用。
2025-09-05 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.TO
A Mechanistic Model of the Organization of Cell Shapes in Epithelial Tissues
该研究提出一种将细胞表征为力偶极子、以弹性介质模拟组织的上皮细胞组织机制模型，数值模拟结果与顶点模型模拟特征一致，为理解细胞组织机制及发育、疾病相关过程提供新见解。
2023-10-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft physics.bio-ph
A Mean-Field Model for Active Plastic Flow of Epithelial Tissue
本研究结合对称性论证与随机均场模型，利用弹性弛豫与形态发生动力学的时间尺度分离，建立了上皮组织主动塑性流动的粗粒化模型，解释了自限性行为及外部场对定向重排的维持作用。
2024-09-19 cond-mat.soft q-bio.TO
Active wetting of epithelial tissues: modeling considerations
形态发生、组织再生和癌症侵袭涉及组织形态的转变。由集体细胞迁移（CCM）引起的这些转变已被解释为主动润湿/去润湿转变。在模型系统上考虑了这种现象，例如刚性基底上细胞聚集体的润湿，其中包括细胞聚集体运动和细胞单层在聚集体周围的各向同性/各向异性扩散，这取决于基底刚度和聚集体尺寸。该模型系统将3D上皮聚集体和2D细胞单层之间的转变解释为以下各项的产物：（1）组织表面张力，（2）基质的表面张力，（3）细胞-基质界面张力，（4）界面张力梯度，（5）由CCM引起的粘弹性，以及（6）基质的粘弹性。这些物理参数取决于细胞收缩性和细胞-细胞和细胞基质粘附接触的状态，以及CCM引起的细胞系统的拉伸/压缩。尽管对细胞湿润进行了广泛的研究，但我们仍然不了解这些物理参数之间的相互作用，这些参数会导致细胞重排的振荡趋势。本文综述了这些物理参数在管理的上下文中的上皮聚集体润湿细胞重排。去湿，和建模方法，旨在再现和理解这些生物系统。在这种情况下，我们不仅回顾了以前发表的生物物理模型CCM引起的细胞重排，但也提出了新的扩展这些模型，以指出细胞-基质界面张力和上皮粘弹性之间的相互作用和界面张力梯度在细胞扩散中的作用。
2022-08-26 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Modelling realistic 3D deformations of simple epithelia in dynamic homeostasis
在动态内环境稳定期间组织和器官结构的维持常常不被很好地理解。为了使系统稳定，细胞更新、细胞迁移和细胞死亡必须精细地平衡。此外，组织的形状必须保持相对不变。简单的上皮组织存在于整个身体的各种结构中，例如内皮、间皮、肺的衬里、唾液和甲状腺以及胃肠道。尽管简单的上皮组织普遍存在，但很少有模型准确描述这些组织如何保持稳定的结构。在这里，我们提出了一种新的，三维，可变形，多层，细胞中心模型的一个简单的上皮。细胞运动受上皮弯曲电位、细胞-细胞黏附和粘性效应的最小化控制。我们表明，该模型是能够保持一致的组织结构，同时进行自我更新。我们还证明了模型的鲁棒性下的组织更新，细胞迁移和细胞去除。这里提出的模型是一个有价值的进步，对复杂和广义结构的组织和器官的建模。
2022-05-09 q-bio.TO
Shear-driven solidification and nonlinear elasticity in epithelial tissues
从形态发生到肿瘤侵袭的生物过程在活组织内自发地产生剪切应力。然而，对上皮中机械力的传递和组织对大剪切变形的集体反应的机制仍然知之甚少。采用基于最小单元的计算模型，研究了简单剪切变形下融合组织的本构关系。我们表明，最初未变形的流体状组织获得有限的刚度以上的临界施加应变。这类似于在其他软物质系统中观察到的剪切驱动刚性。有趣的是，剪切驱动的刚性可以理解的临界尺度分析附近的二阶临界点，支配未变形系统的液-固转变。我们进一步表明，一个solidlike组织线性响应小应变，但然后切换到一个非线性响应在较大的染色，与实质性的硬化。最后，我们提出了一个剪切下的细胞平均场公式，提供了一个简单的物理解释剪切驱动的刚性和非线性响应的组织。
2022-11-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft physics.bio-ph
Rigidity of Epithelial Tissues as a Double Optimization Problem
该研究将上皮组织刚性调控建模为双重优化问题，证明仅调节细胞刚度不影响刚性转变，而调节目标形状或面积可通过空间相关性改变刚性转变，揭示组织通过协调细胞尺度可调自由度实现组织尺度行为。
2025-06-02 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.TO
A Geometric Tension Dynamics Model of Epithelial Convergent Extension
本文提出上皮汇聚延伸的几何张力动力学模型，揭示肌球蛋白张力正反馈驱动T1转变，并发现组织变形程度受初始细胞堆积有序性限制，成功解释果蝇胚带伸长减速现象。
2024-10-02 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.TO
Multicellular rosettes drive fluid-solid transition in epithelial tissues
融合生物组织的模型通常将由细胞形成的网络描述为三结点网络，类似于泡沫。然而，高阶顶点或多细胞突起在发育和体外\it过程中普遍存在，并且已被认为在形态发生、疾病和生理学的许多重要方面至关重要。在这项工作中，我们研究的影响，rophobia的力学融合组织。我们发现，在一个组织中的存在的roxylase可以大大影响其刚度。使用广义顶点模型和有效介质理论，我们发现一个流体到固体的转变驱动的玫瑰花结密度和细胞内的张力。这种转变表现出二阶相变的几个特征，如增长的相关长度和在临界点附近的普遍临界标度。此外，我们阐明了刚性过渡的性质，在致密的生物组织和其他细胞结构，使用广义麦克斯韦约束计数方法。这回答了一个长期存在的难题，即这些系统中固体的起源。
2019-01-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Active Fingering Instability in Tissue Spreading
在上皮组织的伸展过程中，前进的组织前端经常发展出指状突起。他们的相似之处，传统的粘性指状图案驱动的流体表明，上皮手指可能会出现界面的不稳定性。然而，这种假定的不稳定性的存在和物理机制仍然不清楚。在这里，基于一个积极的极性流体模型的上皮扩散，我们分析预测一个通用的不稳定性的组织前。一方面，积极的细胞牵引力施加的速度梯度，导致加速前，这是，因此，不稳定的长波长扰动。另一方面，在稳定短波长扰动时，收缩性细胞间应力通常超过表面张力。最后，组织中的有限范围的流体动力学相互作用选择用于指状图案的波长，因此，该波长由组织尺寸和流体动力学筛选长度之间的最小值给出。总体而言，我们表明，扩展上皮细胞经历了一个简单的运动学机制的基础上积极的指法不稳定。此外，我们的研究结果强调了远程流体动力学相互作用的组织形态的动力学中的关键作用。
2019-03-01 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.TO
Cell bulging and extrusion in a three-dimensional bubbly vertex model for curved epithelial sheets
Institute for Theoretical Physics, Heidelberg University（海德堡大学理论物理研究所）；BioQuant, Heidelberg University（海德堡大学生物定量研究中心）；Max Planck School Matter to Life, Heidelberg University（海德堡大学马克斯·普朗克生命物质学院）；Institute of Science and Technology Austria（奥地利科学技术研究所）；Division Signaling and Functional Genomics, German Cancer Research Center (DKFZ)（德国癌症研究中心信号与功能基因组学部）；Department of Molecular Human Genetics, Medical Faculty Heidelberg, Heidelberg University（海德堡大学医学院分子人类遗传学系）
本文提出一种三维气泡顶点模型，研究细胞挤出与曲率的相互作用，发现拓扑缺陷处的细胞膨出不稳定性更强，且基底张力稳定了细胞形状，优于组织级机制。
2026-02-27 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.TO
Controlled neighbor exchanges drive glassy behavior, intermittency and cell streaming in epithelial tissues
本研究在顶点模型中引入T1转变的时间约束，发现其消除运动驱动的玻璃态转变并产生快慢细胞流，预测与果蝇蛹发育实验相符。
2020-03-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft q-bio.CB
Noninvasive rheological inference from stable flows in confined tissues
Aix Marseille Univ, Université de Toulon, CNRS, CPT (UMR 7332), Turing Centre for Living Systems（艾克斯马赛大学，土伦大学，法国国家科学研究中心，CPT（UMR 7332），图灵生命系统中心）；Université Paris Cité, CNRS, Institut Jacques Monod（巴黎西岱大学，法国国家科学研究中心，雅克·莫诺研究所）；Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希·亚历山大大学）；Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin（马克斯·普朗克物理与医学中心）；Guangdong Provincial Key Laboratory of Magnetoelectric Physics and Devices, School of Physics, Sun Yat-sen University（广东磁电物理与器件重点实验室，中山大学物理学院）；Centre for Physical Mechanics and Biophysics, School of Physics, Sun Yat-sen University（物理力学与生物物理中心，中山大学物理学院）；Aix Marseille Univ, IBDM (UMR 7288), Turing Centre for Living Systems（艾克斯马赛大学，IBDM（UMR 7288），图灵生命系统中心）；Aix Marseille Univ, Université de Toulon, CNRS, LAI (UMR 7333), Turing Centre for Living Systems（艾克斯马赛大学，土伦大学，法国国家科学研究中心，LAI（UMR 7333），图灵生命系统中心）
通过自驱动应力推断迁移上皮组织的流变学特性，揭示细胞弹性与粘性响应及肌球蛋白II同源物的作用
2025-11-25 cond-mat.soft q-bio.TO
Cooperation of dual modes of cell motility promotes epithelial stress relaxation to accelerate wound healing
细胞在凝聚单元中的集体迁移对于组织形态发生、伤口修复和免疫应答至关重要。虽然集体细胞运动的基本驱动力来自单个细胞的收缩和扩张活动，但仍然不知道它们的平衡如何优化以保持组织的凝聚力和运动的流动性。在这里，我们提出了一个基于细胞的计算模型，集体细胞迁移在伤口愈合过程中，采用机械化学耦合的细胞运动和粘附动力学与随机变换的主动运动力。我们表明，扩张运动和肌动球蛋白收缩性的平衡是优化的伤口修复的速度，这是强大的细胞和基板的机械性能的变化。这种平衡是伤口愈合期间快速集体细胞运动的基础，这是由组织中张力介导的集体细胞引导和主动应力松弛之间的权衡造成的。
2018-08-06 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Glassy Dynamics in Models of Confluent Tissue with Mitosis and Apoptosis
最近的研究表明，任何有限的细胞分裂和细胞死亡率都足以使上皮组织再生。与此同时，实验证据表明，尽管持续的细胞周期，在一些上皮层中存在玻璃态动力学。为了解决这一矛盾，我们量化的作用，细胞出生和死亡的玻璃态融合组织使用模拟的一个积极的顶点模型，包括细胞运动，细胞分裂和细胞死亡。我们的模拟数据与一个简单的分析是一致的，在该分析中，细胞生命周期的速率和在没有细胞周期的情况下组织的松弛速率独立地和附加地贡献于细胞运动的总体速率。具体而言，我们发现，一个玻璃状制度与笼行为所示的亚扩散细胞位移可以实现在系统中具有足够低的细胞周期率。
2019-05-05 cond-mat.soft q-bio.TO
Fast determination of coarse grained cell anisotropy and size in epithelial tissue images using Fourier transform
机械应变和应力在诸如伤口愈合或形态发生的生物过程中起主要作用。为了定量地评估这种作用，在大视场中以细胞精度获取组织的固定或实时图像。为了利用这些数据，必须分析大量细胞以提取细胞形状各向异性和细胞大小。最常见的是，这是通过使用所谓的分割计算机程序进行详细的单个细胞轮廓确定来执行的，如果需要，还可以通过手动检测和错误校正来补充。然而，至少在三种情况下，可以推荐一种粗粒度和更快的技术。首先，当不需要关于单个细胞轮廓的详细信息时，例如在仅需要关于细胞各向异性的粗粒度平均信息的研究中。第二，作为探索性步骤，以确定完整分割是否可能有用。第三，当分割太困难时，例如由于图像质量差或细胞数量太大。我们开发了一个用户友好的，基于傅立叶变换的图像分析管道。它是快速的（通常$10^4$细胞每分钟与当前的笔记本电脑），并适合时间，空间或合奏平均。我们在一组人工图像和两组完全分割的图像上验证了它，一组来自果蝇蛹，另一组来自鸡胚;管道结果是鲁棒的。前景包括\textit{in vitro}组织、非生物细胞模式（如泡沫）和$xyz$堆栈。
2019-03-17 physics.med-ph q-bio.CB q-bio.TO
Collective and single cell behavior in epithelial contact inhibition
细胞增殖的控制是组织生理学的一个基本方面，对形态发生、伤口愈合和癌症至关重要。虽然许多分子遗传因子现在是已知的，但系统水平的生长调节仍然知之甚少。在体外正常分化的上皮细胞培养物中遇到细胞增殖抑制的简单形式，称为“接触抑制”。本文提出的研究提供了在组织范围和单细胞水平上的接触抑制动力学的定量表征。使用培养的MDCK细胞的长期跟踪，我们证明，抑制细胞分裂在一个融合的单层细胞运动抑制，并设置在机械约束时，局部扩张导致分裂，以减少细胞面积。我们量化细胞运动和细胞周期的统计数据在低密度汇合制度和它们的变化，在过渡到上皮形态，发生随着细胞密度的增加。然后，我们研究了还原性分裂产生的细胞面积分布的动态变化，确定了平均有丝分裂率与细胞大小的函数关系，并证明当细胞面积低于临界值时，有丝分裂会完全停止。我们还提出了一个简单的计算模型的增长力学，捕捉所观察到的行为的各个方面。我们的测量和分析表明，接触抑制是机械相互作用和约束的结果，而不是单独的界面接触，并定义定量表型，可以指导未来的研究接触抑制的分子机制。
2011-12-02 q-bio.CB q-bio.TO
A senescent-immune reserve niche hypothesis for incomplete lobular involution in the aging breast
Mayo Clinic（梅奥诊所）
本文提出一种新的框架，解释了为何部分绝经后小叶持续存在，并探讨其与乳腺癌风险的关系，强调了免疫监视在清除衰老细胞中的作用。
2026-09-15 q-bio.TO
Shape and size changes of adherent elastic epithelia
上皮组织在发育和早期胚胎发生过程中的各种形态发生事件中起着重要作用。尽管上皮单层通常被建模为二维（2D）弹性表面，但它们在三个重要方面与传统的薄弹性板区分开来--顶基极性的存在、细胞厚度的空间变异性以及它们的非平衡活性性质。在这里，我们开发了一个最小的连续模型的平面上皮组织作为一个积极的弹性材料，包括所有这些功能。我们从一个完整的三维（3D）描述的组织，并获得一个有效的2D模型，捕捉，通过顶端表面的曲率，顶部-基底的不对称性和组织的空间几何形状。至关重要的是，跨顶基轴的主动应力的变化导致可以驱动曲率过渡的主动扭矩。通过确定四个不同的活动来源，我们发现，大量的主动应力所产生的肌动球蛋白收缩性和增长的竞争与边界的主动张力，由于本地化的肌动球蛋白电缆和lamellipodial活动产生跨越形态空间的平面上皮的各种状态。因此，我们的治疗通过顶端曲率变化和基质粘附组织的平面内膨胀/收缩的耦合机制来统一3D形状变形。最后，我们讨论了我们的研究结果的影响，一些生物学相关的过程，如组织折叠在管腔形成的发病。
2020-06-11 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.TO
Relating cell shape and mechanical stress in a spatially disordered epithelium using a vertex-based model
使用一个流行的基于顶点的模型来描述一个空间无序的平面上皮单层，我们研究细胞和组织水平上的细胞形状和机械应力之间的关系。推导表达式的应力张量从一个充满活力的制定的模型，我们表明，一个单独的细胞的应力的主轴与形状的主轴对齐，我们确定的体积有效组织压力时，单层是各向同性的组织水平。使用模拟的单层，是不是在周边应力，我们适合的模型参数的实验数据非洲爪蟾胚胎组织。该模型预测，机械相互作用可以产生介观模式内的单层表现出长程相关的细胞形状。该模型还表明，机械和几何线索的方向，如细胞分裂的过程可能是强烈相关的真实上皮。该模型在捕捉爪蟾上皮细胞的几何特征的一些局限性突出。
2017-05-10 physics.bio-ph q-bio.CB q-bio.TO
Active dynamics of tissue shear flow
我们提出了一个流体动力学理论来描述剪切流在发育中的上皮组织。我们介绍了流体动力学场对应的状态属性的组成细胞，以及由于在细胞网络拓扑结构的重排的整体组织剪切流的贡献。然后，我们构建了一个通用的线性本构方程的剪切速率，由于拓扑重排，我们调查了一种新的流变行为所造成的记忆效应的组织。我们确定了两个不同的活跃的细胞过程：在组织中产生主动应力，并积极驱动拓扑重排。我们发现，这两个活跃的过程可以产生不同的细胞和组织形状的变化，这取决于应用于组织上的边界条件。我们的研究结果的理解在发展过程中的组织形态发生的后果。
2016-11-25 physics.bio-ph q-bio.CB q-bio.TO
Cooperation and competition in the dynamics of tissue architecture during homeostasis and tumorigenesis
细胞与细胞接触网络的构建使得表征组织的模式和空间组织成为可能。这种网络是高度动态的，取决于由细胞分裂、死亡和迁移引起的组织结构的变化。局部竞争和合作的细胞间相互作用影响细胞的选择。我们回顾了有关上皮组织拓扑结构定量数据的文献，并提出了一个动态网络模型，该模型可用于探索具有任意细胞间相互作用的二维组织结构的演化动力学。特别是，我们表明，各种形式的实验观察到的类型的相互作用，可以使用博弈论建模。我们讨论了一个合作和非合作的细胞间通信的模型，可以捕获细胞竞争和组织动力学之间的相互作用。最后，我们展望了这种方法在建模肿瘤发生和组织稳态的可能用途。
2013-06-24 q-bio.PE q-bio.TO
Non-bilaterians as Model Systems for Tissue Mechanics
本文综述了非两侧对称动物（如粘菌虫、水螅和月亮水母）在组织力学研究中的模型价值，强调了其简单身体构造和快速组织重塑现象，并指出其作为研究组织力学的巨大潜力。
2023-06-02 physics.bio-ph q-bio.TO
Interfacial friction dictates long-range force propagation in tissues
组织的特征是由细胞和细胞外基质（ECM）等功能单元层组成。然而，层间界面的动力学如何帮助传递组织中的细胞力仍然被忽视。在这里，我们研究了一个多层系统，其中一层上皮细胞接种在与硬表面接触的弹性基底上。我们的实验表明，在细胞层中的细胞挤出事件后，只有当两个基底层彼此弱附着时，才在基底中出现长程波传播。然后，我们推导出一个理论模型，定量再现的波动动力学，并解释了如何基板层之间的摩擦滑动有助于传播细胞的力量在各种尺度上，根据刚度，厚度和光滑的基板。这些结果突出了层之间的界面摩擦在体内组织中传递机械线索的重要性。
2021-11-23 physics.bio-ph q-bio.TO
Quantifying tissue growth, shape and collision via continuum models and Bayesian inference
虽然组织通常被孤立地研究，但这种情况很少发生在生物学中，因为细胞，组织和器官在不同尺度上共存和相互作用，以确定形状和功能。在这里，我们采取了定量的方法，结合最近的实验，数学建模和贝叶斯参数推断的数据，来描述多个上皮片的自组装生长和碰撞。我们使用两个简单的和研究的连续模型，其中细胞移动随机或人口压力梯度。经过适当的校准，这两个模型被证明是实际上可识别的，并可以重现单次组织扩张的主要特征。然而，我们的研究结果表明，每当组织-组织相互作用变得相关时，随机运动假设可能导致不切实际的行为。在这种情况下，一个模型占人口压力从不同的细胞群体是更合适的，并显示出更好的协议与实验测量。最后，我们讨论了组织形状和压力如何影响多组织碰撞。因此，我们的工作提供了一个系统的方法来量化和预测复杂的组织结构与组织复合材料的设计中的应用，更普遍的组织工程。
2023-02-06 nlin.PS q-bio.QM q-bio.TO
Minimal cellular automaton model with heterogeneous cell sizes predicts epithelial colony growth
研究通过扩展概率元胞自动机模型以纳入细胞大小变化，模拟平面细胞培养动力学，发现仅体积排斥与尺寸依赖增殖率即可产生接触抑制现象。
2024-06-28 nlin.CG physics.bio-ph physics.data-an
Spontaneous Chiral Symmetry Breaking in Planar Polarized Epithelia
大多数动物的身体平面图都有一定程度的左右不对称。这种在组织和器官水平上的手性通常被认为是源于生物分子的内在手性。然而，这种手性如何在发育过程中从分子转移到组织，还没有很好的理解。在这里，我们探讨了一种替代的范例，组织手性的结果自发对称性破缺在细胞尺度上，分子手性作为一个弱的偏见，确保一个手性占主导地位。具体来说，我们表明，系统能够产生平面极性，发现在许多上皮组织，也可以一般打破左右对称性，我们确定的关键相互作用参数，必须改变访问的手性相。除了对应于在液晶膜中发现的手性极性相之外，没有液晶类似物的二维手性极性相也是可能的。我们的研究结果有明确的意义突变表型的解释，特别是在某些果蝇上皮细胞。
2017-08-28 physics.bio-ph q-bio.CB q-bio.TO
Correlating Cell Behavior with Tissue Topology in Embryonic Epithelia
对多种生物体的胚胎上皮组织的测量表明，细胞邻居数的统计在细胞增殖是主要细胞活动的组织中是普遍的。据称，高度简化的非空间扩散模型可以准确地再现这些统计数据。使用系统的批判性分析，我们表明，非空间模型是不能够鲁棒地描述在增殖上皮细胞中观察到的普遍统计，表明细胞之间的强空间相关性。此外，我们表明，使用亚细胞元素模型的空间模拟能够鲁棒地再现通用直方图。此外，这些模拟能够统一在文献中表面上不同的实验数据。我们还分析了鸡胚发育早期的细胞邻居统计，其中细胞行为比增殖更重要。我们从实验观察中发现，细胞相邻的统计在原始条纹区，细胞的运动和侵入也很重要，显示出更广泛的分布。一个非空间马尔可夫过程模型提供了良好的协议与此更广泛的直方图表明，细胞在原始条纹可能有显着较弱的空间相关性。这些发现表明，细胞邻居统计提供了一个潜在的有用的集体细胞行为的签名。
2012-01-24 physics.bio-ph q-bio.CB q-bio.TO
Vertex Model Mechanics Explain the Emergence of Centroidal Voronoi Tiling in Epithelia
Imperial College London（帝国理工学院）
本研究通过顶点模型揭示上皮组织中CVT样结构的机械起源，建立几何框架直接推断组织应力。
2025-12-15 cond-mat.soft q-bio.TO
Emergent structures and dynamics of cell colonies by contact inhibition of locomotion
组织中的细胞可以根据其功能组织成广泛的结构。组织的急剧变化，如上皮-间充质转化或球状聚集体的形成，通常与组织形态发生或癌症进展相关。在这里，我们通过模拟具有一般细胞样相互作用的自推进粒子来研究细胞集落的组织。细胞柔软性、细胞间粘附和运动接触抑制（CIL）之间的相互作用产生了在几种现有组织表型中观察到的结构和集体动力学。这些包括细胞的规则分布、动态细胞簇、凝胶样网络、集体迁移单层和3D聚集体。我们给出了分析预测之间的过渡noncohesive，凝聚力，和3D细胞的安排。我们明确地表明，CIL如何产生有效的排斥，促进细胞分散，从而阻碍了粘性组织的形成。然而，在连续单层中，CIL导致集体细胞运动，确保细胞间的拉伸应力，并反对细胞挤出。因此，我们的工作突出了CIL在决定细胞集落的新兴结构和动力学方面的突出作用。
2016-12-20 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.TO
