Magnetic Iron Nanocubes Effectively Capture Epithelial and Mesenchymal Cancer Cells
目前用于捕获循环肿瘤细胞（CTC）的方法是基于癌细胞上细胞角蛋白（CK）或上皮细胞粘附分子（EpCAM）的过表达。然而，在转移过程中，肿瘤细胞经历上皮间质转化（EMT），这可导致CK/EpCAM表达的丧失。因此，开发一种不依赖于癌细胞上CK/EpCAM表达的捕获技术至关重要。为了发展这项技术，重要的是要确定共同的第二致癌标记物过表达的肿瘤细胞EMT之前和之后。我们分析了EMT前后肿瘤细胞中生物标志物的表达水平，发现两种常见的蛋白质人表皮生长因子受体2（Her 2）和表皮生长因子受体（EGFR）的水平不受影响。因此，我们合成了与Her 2或EGFR抗体共价结合的免疫磁性铁纳米立方体，以捕获癌细胞，而不管EMT状态如何。纳米立方体在从血清中掺入的细胞混合物中分离感兴趣的癌细胞方面显示出高特异性（6至9倍）。我们表征了捕获的细胞以鉴定其EMT状态。因此，我们相信，这里提出的结果将有助于开发从患者血液中捕获原发性和转移性癌细胞的新策略，以制定有效的治疗计划。
2020-10-05 q-bio.CB q-bio.QM
Modal Analysis of Cellular Dynamics in the Morphospace in Epithelial-Mesenchymal Transition
本研究摒弃离散状态转换观念，在连续形态空间中利用本征正交分解分析MDA-MB-468细胞的EMT动力学，揭示了其可逆转换、不同表型路径及细胞多样性增强等关键特征。
2024-06-03 q-bio.CB q-bio.QM
Cell jamming and unjamming in development: physical aspects
本文从压缩残余应力、细胞间黏附强度与收缩性等物理因素出发，梳理上皮细胞集体迁移中阻塞与解阻塞的机制，并辨析其不同于上皮-间充质转化的因果关系。
2023-06-02 q-bio.CB
Marangoni-Driven Redistribution and Activity of Piezo1 Molecules in Epithelial and Cancer Cells
University of Belgrade（贝尔格莱德大学）；Victor Chang Cardiac Research Institute（维克多·陈心脏研究所）；University of New South Wales（新南威尔士大学）；Lancaster University（兰开斯特大学）
研究探讨了马兰戈尼效应与Piezo1分子在上皮细胞中的不均匀分布关系，以及癌细胞中Piezo1分子活性增强的驱动机制，还分析了上皮细胞中FAs附近Piezo1分子相互作用对其活性的影响。
2026-04-07 q-bio.CB
A mathematical insight in the epithelial-mesenchymal-like transition in cancer cells and its effect in the invasion of the extracellular matrix
University of Mainz（美因茨大学）
研究通过数学建模探讨癌细胞转化过程及对细胞外基质侵袭的影响，提出两种系统模型。
2015-05-16 cs.NA math.NA q-bio.CB
Current Landscape of Mesenchymal Stem Cell Therapy in COVID Induced Acute Respiratory Distress Syndrome
2019年底在中国湖北地区爆发的严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2现已造成全球大流行，并已蔓延至150多个国家。在大多数人中，COVID 19是一种呼吸道感染，会引起发烧、咳嗽和呼吸急促。患有严重COVID 19的患者可能会发展为ARDS。MSC可以来自许多地方，如骨髓、脐带和脂肪组织。骨髓间充质干细胞因其易获得性和低免疫原性而被广泛应用于动物和临床研究。在最近的研究中，MSC已被证明可以减少炎症，增强肺渗透性，改善微生物和肺泡液清除，并加速肺上皮和内皮修复。此外，基于MSC的治疗在败血症和ARDS的临床前研究和I期临床试验中显示出有希望的结果。在本文中，我们介绍了使用MSC的治疗策略，并剖析了MSC治疗如何以及为什么是COVID 19诱导的ARDS的潜在治疗选择。我们引用了大量有前景的临床试验，阐明了MSC治疗COVID 19 ARDS患者的潜在优势，检查了这种治疗策略的效果，并提出了后续研究的可能性。
2022-11-05 q-bio.CB
A Hybrid Multiscale Model for Cancer Invasion of the Extracellular Matrix
局部降解细胞外基质（ECM）并与肿瘤微环境相互作用的能力是区分癌症与正常细胞的关键过程，也是肿瘤转移扩散的关键步骤。周围组织的侵袭涉及癌细胞、ECM、基质降解酶和上皮-间充质转化（EMT）之间的协调作用。这是上皮细胞（EC）获得间充质特性并转化为间充质样细胞（MC）的一个调节过程。在本文中，我们提出了一个新的数学模型，它描述了从一个集体的入侵策略的EC到一个单独的入侵策略的MC的过渡。我们通过制定一个耦合的混合动力系统组成的偏微分方程和随机微分方程描述的EC和MC的演变，分别实现这一点。这种方法允许人们以非常自然的方式再现当前对癌症侵袭的生物医学理解的基本定性特征，这些特征不容易被经典建模方法捕获，例如，通过自生梯度的ECM侵袭和肿瘤主体外部的EC侵袭岛的出现。
2018-05-26 math.DS q-bio.CB
Distinguishing Mechanisms Underlying EMT Tristability
背景资料：上皮-间充质转化（EMT）使类上皮细胞在胚胎发育和组织修复过程中具有增强的迁移能力。EMT还可以被癌细胞吸收以获得转移潜能和耐药性。最近的研究认为，上皮（E）细胞可以经历部分EMT以获得通常显示集体迁移的混合上皮/间充质（E/M）表型，或者经历完全EMT以采用显示个体迁移的间充质（M）表型。EMT的核心调控网络- miR-34/SNAIL/miR-200/ZEB 1-已被各种研究所确定，但该网络如何调控E、E/M和M表型之间的转换仍存在争议。两个主要的数学模型-三元嵌合开关（TCS）和级联开关（CBS）-都集中在miR-34/SNAIL/miR-200/ZEB 1网络，已被提出来阐明EMT动力学，但这两个模型中的一个或两个如何捕捉最近的实验观察EMT动力学的详细分析仍然有待完成。结果如下：在这里，通过一个综合的实验和理论方法，我们首先表明，这两个模型都可以用来理解EMT-E-E/M-M的两步转变，SNAIL和ZEB 1对外源性TGF-β的不同反应和完全EMT的不可逆性。接下来，我们提出了新的实验结果，往往区分这两种模型。我们表明，ZEB 1是目前在混合E/M H1975细胞中的中间水平，并在HMLE细胞，SNAIL的过表达是不足以启动EMT的ZEB 1和FOXC 2的情况下。结论：这些实验结果支持TCS模型，该模型提出miR-200/ZEB 1作为三向决策开关，使E、混合…
2017-01-06 q-bio.CB q-bio.MN
Mathematical Modeling of Plasticity and Heterogeneity in EMT
上皮-间充质转化（EMT）和相应的逆转过程间充质-上皮转化（MET）是由生物化学和形态学水平的许多变化协调的动态和可逆的细胞程序。最近在确定EMT/MET的分子机制方面的激增导致了各种数学模型的发展，这些模型有助于我们提高对单细胞和群体水平动力学的理解：a）多稳定性（细胞在EMT/MET的过程中可以获得多少表型？），b）可逆性/不可逆性（当被诱导经历EMT的细胞不能回复时，EMT诱导剂的时间和/或浓度标志着“临界点”？），c）EMT/MET中的对称性（细胞在回复时是否采取与它们在EMT诱导期间采取的相同的路径？），以及d）非细胞自主机制（经历EMT的细胞如何改变其邻居经历EMT的趋势？）。这些动力学特征可能有助于经历EMT/MET的细胞群体内的异质性反应。在这里，我们提出了一些设计不同的数学模型，可以有助于解码EMT/MET动态的例子。
2019-07-25 q-bio.CB q-bio.MN
Mechanobiology of Collective Cell Migration in 3D Microenvironments
肿瘤细胞通过细胞与周围基质之间的机械相互作用介导单独或成组侵入。这些多细胞动力学让人想起组织发育中的领导者-跟随者协调和上皮-间充质转化（EMT），这可能通过相关分子或物理机制的失调而发生。然而，在没有精确测量单细胞行为的情况下，阐明这种表型异质性和可塑性仍然具有挑战性。活细胞成像，生物物理测量和3D生物材料技术发展的融合非常有希望揭示肿瘤细胞如何在异常微环境中合作。在这里，我们从癌症生物学和生物工程的角度强调了集体迁移的新结果。首先，我们回顾了集体细胞迁移的生物学。接下来，我们考虑基于序参量和相变的物理启发分析。此外，我们还研究了集体迁移中新陈代谢和异质性的相互作用。然后，我们审查的细胞外基质，和新的模式，三维生物材料的机械特性。我们还探讨了上皮-间质可塑性和肿瘤进展的影响。最后，我们推测未来的方向，整合机械生物学和癌细胞生物学阐明集体迁移。
2022-06-26 physics.bio-ph q-bio.CB
A Mechanical Instability in Planar Epithelial Monolayers Leads to Cell Extrusion
在细胞挤出中，嵌入上皮单层中的细胞失去其顶面或底面，随后被相邻细胞挤出单层。细胞挤出发生在细胞凋亡、上皮-间充质转化或癌前细胞侵袭期间。它们在胚胎发生、稳态、癌发生和许多其他生物过程中起重要作用。虽然许多参与细胞挤出的分子因素是已知的，但对细胞挤出的机械基础知之甚少。我们使用了一个三维（3D）顶点模型，以调查的机械稳定性的细胞排列在一个单层与3D泡沫几何形状。我们发现，当构成单层的细胞具有均匀的机械性能时，当由于细胞密度的增加或单个细胞周围拓扑邻居的数量减少而破坏3D几何形状的对称性时，细胞从单层中挤出。这些结果表明，上皮单层的3D泡沫几何形状中固有的机械不稳定性足以驱动上皮细胞挤出。在单层中的细胞在内在遗传程序的控制下主动产生收缩力或粘附力的情况下，力用于破坏单层的对称性，导致细胞挤出，其通过顶侧和基底侧上的收缩力和粘附力的平衡而被引导至单层的顶侧或基底侧。虽然我们的分析是基于一个简单的机械模型，我们的结果是根据观察上皮细胞单层{ \it在体内}和一致的解释细胞挤出在广泛的生理和病理生理条件下。我们的研究结果说明了细胞挤出的机械理解的重要性，并提供了一个基础，通过它链接到物理过程的分子调控。
2020-04-23 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Entropy-driven cell-decision making predicts fluid-to-solid transition in multicellular systems
细胞决策使细胞能够在没有遗传变化的情况下，根据微环境线索呈现功能不同的表型。这是一个悬而未决的问题，如何个别细胞的决定影响在组织水平的动态。在这里，我们研究时空斑图形成在一个人口的细胞表现出表型可塑性，这是一个范例的细胞决策。我们专注于迁移/休息和迁移/增殖的可塑性，这是上皮间质转化（EMT）和去或生长二分法的基础。我们假设细胞改变其表型，以最小化其微环境熵（LEUP：最小微环境不确定原理）和研究的影响LEUP驱动的迁移/休息和迁移/增殖可塑性相应的多细胞时空动态与随机细胞为基础的数学模型的时空动态的细胞表型。在去或休息可塑性的情况下，相应的平均场近似允许识别扩散（流体）和上皮（固体）组织相之间的转换机制，这取决于表型对环境的敏感性。对于去或生长的可塑性，我们表明图灵斑图形成的“固体”组织相的可能性和它的关系与LEUP驱动的细胞决定的参数。
2020-05-06 physics.bio-ph q-bio.CB
Adapting a plant tissue model to animal development: introducing cell sliding into VirtualLeaf
基于细胞的集体细胞行为的数学建模已经成为发育生物学中的重要工具。基于细胞的模型将单个细胞表示为单个粒子或相互连接的粒子集，并根据一组相互作用规则预测集体细胞行为。特别是，基于顶点的模型是一种流行的工具，用于研究汇合，上皮细胞层的力学。它们将汇合组织中三个（有时更多）细胞之间的连接点表示为点粒子，使用代表细胞边界的结构元素连接。这些模型的缺点是细胞-细胞界面被表示为直线。这对于上皮组织是合适的简化，其中界面通常处于张力下，但是这种简化可能不适合于间充质组织或处于压缩下的组织，使得细胞-细胞边界可能弯曲。在本文中，我们介绍了一个变种的虚拟机，其中这一点和其他两个限制的虚拟机已得到解决。新模型也可以被看作是细胞波茨模型的非格子推广。它是开源软件包VirtualLeaf的扩展，VirtualLeaf最初是为了模拟植物组织形态发生而开发的，其中细胞不会相对于彼此移动。VirtualLeaf目前的扩展引入了一种新的细胞间剪切或滑动规则，T1和T2过渡自然出现，允许VirtualLeaf应用于动物发育问题。我们发现，更新后的VirtualLeaf产生不同的结果比传统的基于顶点的模型差分粘附驱动的细胞分选和软细胞网络的邻域拓扑结构。
2019-03-11 q-bio.CB q-bio.TO
Quantification of the underlying mechanisms and relationship among cancer, metastasis and differentiation/development
复发和转移一直被认为是癌症治疗的两大障碍。肿瘤干细胞（Cancer Stem Cell，CSC）是近年来发现的一种肿瘤干细胞，它以肿瘤的复发和对常用药物、化疗等治疗手段的抵抗为特征，参与肿瘤的发生发展。此外，最近的发现表明，上皮间质转化（EMT）是正常胚胎发生和组织修复的重要过程，这是癌症转移的必要步骤。虽然有许多迹象表明转移和干细胞之间的联系，研究往往是单独或最多是双向的，而不是在一个整体的方式。在这项研究中，我们的目的是探索全球机制和癌症，发展和转移之间的相互关系，目前还不清楚。首先，我们构建了一个核心基因调控网络基序，该基序包含CSC、EMT和癌症的特异性基因和microRNA。我们发现了七个不同的国家出现在底层景观中。它们被确定为正常、癌前病变、癌症、干细胞（SC）、癌症干细胞（CSC）、病变和增生状态。给出了每种状态的生物学定义，我们还讨论了每种状态的转移能力。我们展示了如何以及哪些类型的细胞可以转化为癌症状态，以及癌症，CSC和EMT之间的联系。的势垒高度和通量的动力学路径进行了探讨，以量化如何以及哪些细胞切换stochemical之间的状态。我们的景观模型提供了一种定量的方法，揭示了癌症，发展和转移的全球机制。
2018-08-13 physics.bio-ph q-bio.CB
