Morphology of Proliferating Epithelial Cellular Tissue
我们使用新开发的细胞机械分裂的数值模拟模型研究增殖细胞组织的形态。该模型通过选择性分裂和分裂平面方向的简单规则再现了简单多细胞生物的结构。该模型被应用到一个双峰的混合物的硬细胞具有低的增长潜力和软细胞具有高的增长潜力。在均匀的混合物中，软细胞发育成组织基质，硬细胞发育成树突状网络结构。对于硬细胞基质中的软细胞内含物，软细胞发育为快速生长的肿瘤样结构，其逐渐排空硬细胞基质。随着细胞间摩擦力的增加，肿瘤的生长速度减慢，部分肿瘤被驱动到自我造成的细胞死亡。
2018-11-19 cond-mat.soft physics.bio-ph
Tension Remodeling Controls Topological Transitions in Epithelial Tissues
本研究提出动态顶点模型，通过应变依赖性张力重塑和机械记忆耗散调控细胞重排，解释并控制上皮组织中的多细胞玫瑰花结形成与拓扑转变。
2023-10-16 cond-mat.soft physics.bio-ph
Mechano-chemical active feedback generates convergence extension in epithelial tissue
会聚延伸，即组织沿一个轴同时伸长，同时沿垂直轴变窄，发生在胚胎发育期间。一个基本的过程，有助于塑造有机体，它发生在许多不同的物种和组织类型。在这里，我们提出了一个最小的连续模型，可以直接连接到控制微观生物化学，这表明自发收敛扩展。它由具有机械化学活性反馈机制的2D粘弹性活性材料通过摩擦耦合到基底。强大的收敛扩展行为出现超过一个临界值的活动参数和控制的边界条件和耦合到基板。当内部耗散超过摩擦以及处于主动弹性限度时，该模型中就会出现振动和空间模式。
2023-03-03 cond-mat.soft physics.bio-ph
Epithelial Tissues from the Bottom-Up: Contact Inhibition, Wound Healing, and Force Networks
本文提出一个计算模型，整合细胞可变形性、片状伪足动力学、粘附和运动接触抑制（CIL），揭示了CIL通过减少密度涨落抑制稳态运动但加速伤口愈合，并稳定拉伸状态以形成力链。
2024-09-24 cond-mat.soft physics.bio-ph
Epithelial layer fluidization by curvature-induced unjamming
本文利用球面顶点模型研究表面曲率对上皮失卡阻转变的影响，发现曲率增加可降低细胞重排能垒，促进细胞嵌入与迁移，使小尺寸上皮更具可塑性，而生长后趋于刚性，为理解组织重塑与稳定提供了概念框架。
2025-03-11 cond-mat.soft physics.bio-ph
Competition between epithelial tissue elasticity and surface tension in cancer morphogenesis
我们推导出一个连续力学模型来捕捉上皮组织在癌前阶段发生的形态学变化。该模型的目的是调查的体积弹性的上皮和表面张力的顶端和基底侧之间的竞争。根据该模型，当顶端-基底张力不平衡达到临界值时，触发亚临界分叉并且上皮达到其生理折叠形状。根据文献中的数据，我们的模型预测肿瘤前细胞比健康细胞更柔软。
2021-07-26 cond-mat.soft
Covariant Active Hydrodynamics of Shape-Changing Epithelial Monolayers
在胚胎发育的早期阶段，形态发生-生物体中形状和形式的出现-几乎完全与单层紧密结合的上皮细胞有关。为了理解这些组织如何改变它们的形状，我们构建了一个完全协变的主动流体动力学理论。在细胞尺度上，应力来自于顶端收缩、机械响应和恒定细胞体积的约束。由于这种细胞自主应力与低雷诺数嵌入流体的位移和剪切之间的平衡，出现组织尺度的变形。可以描述具有任意曲率或形状的组织，为上皮单层形态提供一般框架。平面单分子膜的稳定性分析揭示了两种通用的形状不稳定性：被动约束屈曲，和主动驱动的组织变形。活动性不稳定性可进一步分为两种类型，对应于细胞形状的变化，即“鳞状到柱状”或“规则棱柱到截棱锥”。从后者产生的变形定性再现中胚层和后中肠内陷，这发生在果蝇果蝇的原肠胚形成过程中的发病在体内观察。
2017-12-19 cond-mat.soft physics.bio-ph
From cells to tissue: A continuum model of epithelial mechanics
上皮组织力学的连续模型，制定使用细胞水平的机械成分和细胞形态发生过程，包括细胞的形状变化和细胞重排。该模型可以包括有限变形，并纳入应力和变形张量，这可以与实验数据进行比较。使用这个模型，我们阐明了被动松弛，主动收缩-伸长，和组织剪切流的动力学行为。这项研究提供了一个完整的方案，了解参与编排的个别细胞的形态发生过程中的机制，以实现上皮组织形态发生。
2017-04-23 cond-mat.soft q-bio.CB q-bio.TO
Biomechanics of orientationally ordered epithelial tissue
针对上皮组织力学响应的各向异性与细胞骨架长程取向有序性相关的问题，提出捕捉组织弹性响应与细胞骨架重组动态反馈的理论框架，发现小应变下细胞骨架向列序可降低剪切模量，与实验观察一致。
2025-04-14 cond-mat.soft q-bio.TO
Topological Floppy Modes in Epithelial Tissues
拓扑力学的最新进展揭示了不寻常的现象，例如拓扑保护的松软模式和指数局部化在机械网络边界和界面上的自应力状态。在本文中，我们探讨了上皮组织的拓扑力学，这些边界和界面模式的出现可能会导致局部软或应力点，并在形态发生中发挥作用。我们考虑一个简单的顶点模型（VM）所管辖的有效弹性能量和其推广的主动张力网络（ATN），其中包括积极适应的细胞骨架。通过分析空间周期晶格在麦克斯韦点的机械不稳定性，我们发现拓扑极化阶段与指数本地化的松弛模式和状态的自应力的ATN时，细胞被允许成为凹，但不是在VM。
2021-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.bio-ph
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
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
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
Fluidization of epithelial sheets by active cell rearrangements
我们从理论上探讨流化上皮组织的积极T1邻居交换。我们发现，细胞-细胞连接的几何编码的重要信息的能量景观，我们支持的弹性理论T1变换的局部特征。使用一个三维顶点模型，我们表明，主动噪声驱动强迫细胞重排的程度支配的应力松弛时间尺度的组织。我们研究了组织在不同时间尺度上对面内剪切的响应。在短时间内，组织表现为固体，而其长时间的流体行为可以与有效粘度相关联，该有效粘度与活性T1转换的速率成比例。此外，我们开发了一个粗粒度的理论，我们把组织作为一个活跃的流体，并确认顶点模型的结果。细胞重排对组织形状的影响是通过研究上皮管的轴向压缩来说明的。
2018-08-29 cond-mat.soft
Emergent epithelial elasticity governed by interfacial surface mechanics and substrate interaction
本文推导了上皮组织的弹性理论，揭示了界面张力与基底作用主导的弹性失稳及褶皱行为，并解释了经典理论无法说明的厚度调制相位反转现象。
2025-04-22 cond-mat.soft physics.bio-ph
Fluctuations of cell geometry and their non-equilibrium thermodynamics in living epithelial tissue
我们测量不同的贡献熵产生在一个活的功能上皮组织。我们通过提取发展的功能动态，同时量化波动来做到这一点。使用半透明的果蝇蛹上皮作为高分辨率实时成像的理想组织[1]，我们测量了与上皮细胞随机几何形状相关的熵。这是通过对单个细胞的形状和取向的动态进行详细分析来完成的，这使得能够分离组织行为的局部和全局方面。我们发现有趣的是，我们可以观察到细胞几何结构中的不可逆动力学，但与这些自由度相关的熵没有变化，这表明有能量流入这些自由度。因此，生命系统控制着熵是如何产生的，并将其划分为不同的部分。
2022-11-15 cond-mat.soft
Elastic Modulus Versus Cell Packing Density in MDCK Epithelial Monolayers
该研究通过微压痕系统在多细胞尺度表征MDCK上皮单层细胞，发现其弹性模量在低密度汇合时随细胞密度升高而降低，高密度下趋于平稳，为理解组织集体行为提供力学依据。
2024-12-12 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
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
Cell divisions imprint long lasting elastic strain fields in epithelial tissues
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 for 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）；Excellence Cluster, Physics of Life, Technische Universität Dresden（德累斯顿工业大学生命物理卓越集群）；Center for Systems Biology Dresden（德累斯顿系统生物学中心）
研究通过分析果蝇上皮组织的应变场，揭示了细胞分裂产生的力偶对组织力学的影响，并确定了组织流体化的时间尺度。
2025-07-20 cond-mat.soft physics.bio-ph
Label-free, in situ monitoring of viscoelastic properties of cellular monolayers via elastohydrodynamic phenomena
本文提出一种集成石墨烯应变传感器的微流控平台，利用弹性流体动力学现象无标记原位测量细胞单层粘弹性，并在分钟级细胞解离和天上皮-间质转化中验证其高信噪比与机械生物标志物应用潜力。
2023-04-19 cond-mat.soft
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 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
Spatial fluctuations at vertices of epithelial layers: quantification of regulation by Rho pathway
在活体中，肌动蛋白-肌球蛋白诱导的形状波动通常通过重构凝胶在体外进行研究，其性质通过改变肌动蛋白、肌球蛋白和交联剂的浓度来控制。这种方法故意避免考虑生命系统固有的生化信号的复杂性。活细胞内的肌动球蛋白活性主要受Rho信号通路的调节，该通路由多层偶联的激活剂和抑制剂组成。我们研究这样的途径如何控制融合上皮组织的动态跟踪细胞之间的连接点的位移。使用唯象模型来分析顶点波动，我们合理化的影响，不同的Rho信号的目标上涌现的组织活动通过量化的有效扩散系数，持续时间和持续长度的波动。我们的研究结果揭示了组织内激活/抑制层与空间波动之间的意外相关性。总体而言，这项工作通过生物化学信号与介观空间波动的调节连接，具有潜在的应用于上皮组织结构重排的研究。
2018-02-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
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
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
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
Energy injection in an epithelial cell monolayer indicated by negative viscosity
University of Wisconsin–Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
针对上皮组织中力与运动难以关联、能量注入耗散来源不明的问题，本研究开发有效黏度测量方法，发现负有效黏度区域对应高细胞活性与能量需求，可用于量化生命物质能量流动。
2025-11-15 cond-mat.soft physics.bio-ph
Propagating stress waves during epithelial expansion
上皮创伤愈合和组织形态发生过程中细胞单层的协调运动涉及机械应力的产生。在这里，我们提出了一个模型的上皮细胞扩张的动力学，耦合机械变形的组织收缩活动和极化的细胞。我们的模型的一个新的成分是局部应变，极化和收缩性，自然产生的粘弹性和有效的惯性在细胞单层的机制之间的反馈。使用分析和数值技术的组合，我们证明了我们的模型定量再现了许多实验结果[Nat. Phys. 8，628（2012）]，包括细胞间应力的积累，以及引导振荡单层膨胀的行进机械波的存在。
2015-03-14 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
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
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
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
Jamming and force distribution in growing epithelial tissue
我们使用一个新开发的数值模拟模型，在2D的机械细胞分裂和迁移的增殖细胞组织的形态。该模型适用于由具有低生长潜力的硬细胞和具有高生长潜力的软细胞组成的双峰混合物;癌细胞通常被认为比健康细胞更软。在均匀的混合物中，软细胞发育成组织基质，硬细胞发育成树突状网络结构。当软细胞被放置在由硬细胞组成的组织内（以模拟癌症生长）时，软细胞发育为快速生长的肿瘤样结构，逐渐排空硬细胞基质。该模型还证明了1）软细胞如何在最大有效刚度的方向上定向自身，如由Bischofs和Schwarz的理论（Proc. Natl. Acad.美国科学，100，9274- 9279（2003）和2）取向和力的产生在软-硬界面后面的几个单元行继续。随着细胞间摩擦力的增加，肿瘤生长减慢并发生细胞死亡。细胞之间的接触力分布被证明是高度敏感的细胞类型的混合物和细胞间的相互作用，这表明，局部机械力可以是有用的组织形成的调节器。结果揭示了新的光建立的实验数据。
2020-05-04 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Inferring the flow properties of epithelial tissues from their geometry
非晶材料具有复杂的材料性质和强非线性行为。在屈服应力以下，它们表现为塑性固体，而在临界应力$Σ_c$以上，它们开始屈服。然而，控制塑性的关键量是难以测量的薄弱点的密度$P(x)$，其中$x$是局部塑性破坏所需的附加应力。在热力学极限下，在低于屈服应力$Σ_c$的固相中，$P(x)\sim x^θ$在$x= 0$处是奇异的。这种奇异性与塑性事件的系统Spannig雪崩的存在有关。在这里，我们解决的问题，如果薄弱点的密度和材料的流动性能可以确定从一个非晶结构的几何形状单独。我们表明，一个顶点模型的细胞包装组织表现出塑料无定形系统的现象。当从上面接近屈服应力时，应变速率为零，并且雪崩的大小$S$和它们的持续时间$τ$发散。然后，我们表明，在一般情况下，在材料中的能量泛函依赖于拓扑结构，值$x$是成比例的长度$L$的键消失在一个塑料事件。因此，对于这类模型，$P(x)$很容易仅从几何形状测量。应用这种方法来量化的细胞包装的几何形状在发展中的翅膀上皮的果蝇，我们发现，在这个组织$P(L)$表现出幂律指数类似的顶点模型在其固相的数值。这表明，这种组织表现出可塑性和非线性的材料特性，从集体细胞行为出现，这些材料特性支配发育过程。我们的方法的基础上的拓扑结构和能量之间的关系，提出了一个新的路线与屈服过渡的悬而未决的问题。
2020-05-05 cond-mat.soft physics.bio-ph
Relaxation Dynamics in Persistent Epithelial Tissues
本文通过笼相对测量和大规模模拟构建二维多分散持久性细胞的液-玻璃转变相图，揭示高持久性细胞中间歇性T1转变驱动的弛豫规律。
2024-01-24 cond-mat.soft
Mesoscopic modelling of epithelial tissues
在过去的二十年里，科学文献中出现了各种模拟上皮细胞集落的方法。这些模拟中的每一个可以通过它们各自的效率（以消耗的计算资源表示）、可以模拟的细胞的量/组织的大小、模拟的动力学的时间尺度和粗粒度的精度水平来分离。选择正确的算法来模拟上皮细胞和组织是这些关键要素之间的折衷。无论采用哪种方法，每个算法都包括以下部分或全部特征：细胞之间的短程膜介导的吸引、细胞之间的软核排斥、细胞增殖、细胞死亡、细胞运动性、波动等。我们将首先给出在介观水平上的组织的常用建模方法的非详尽概述，给出了一个粗略的想法，粗粒度的决定，为每一个人。然后，我们将深入探讨如何根据顶点模型实现松弛过程，刷新理论基础方面，描述所需的数据结构和模拟步骤，并指出模拟的细节，这些细节可能会给首次实现模型带来陷阱。
2022-12-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Basolateral mechanics prevents rigidity transition in epithelial monolayers
Rudolf Peierls Centre for Theoretical Physics, University of Oxford（牛津大学鲁道夫·皮尔斯理论物理中心）；Jožef Stefan Institute（约瑟夫·斯蒂芬研究所）；Faculty of Mathematics and Physics, University of Ljubljana（卢布尔雅那大学数学与物理学院）
针对传统二维上皮组织力学模型忽略基底外侧力学的问题，本研究采用三维模型探究侧向表面张力的作用，发现细胞存在顶基不对称性，且组织在全参数空间保持类固态，修正了二维模型的刚性转变预测。
2024-02-29 cond-mat.soft
Dynamics of Wound Closure in Living Nematic Epithelia
University of Bristol（布里斯托大学）；National University of Singapore（新加坡国立大学）；Isaac Newton Institute for Mathematical Sciences（艾萨克·牛顿数学科学研究所）
研究活体非易变上皮层伤口闭合的动力学，发现活性应力的收缩性加速闭合，伸展性则减缓闭合，并揭示拓扑缺陷在闭合过程中的作用。
2026-02-20 cond-mat.soft physics.bio-ph
Brillouin-derived viscoelastic parameters of hydrogel tissue models
机械生物学中的许多问题迫切需要表征细胞和组织的纤维蛋白质的微观力学性质。布里渊光散射作为一种新的光学弹性成像技术被提出来满足这一需求，但布里渊光谱中包含的信息仍然是一个有争议的问题。在这里，我们调查这个问题，使用明胶作为一个模型系统，其中的宏观物理性质可以被操纵，以模仿所有相关的生物状态的物质，从液体到凝胶和玻璃相。我们证明，布里渊光谱是一个强大的工具，以揭示其生物功能的核心生物材料的弹性和粘性。
2019-12-17 cond-mat.soft physics.bio-ph
A constitutive model for discontinuous shear thickening in epithelial tissues
Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）
该研究提出了一种上皮组织中不连续剪切增稠的本构模型，揭示了应力和粘度在临界剪切速率下的突然增加机制，并通过模拟验证了理论预测。
2026-02-24 cond-mat.soft
Benchmarking the flow of epithelial cell monolayer with self-aligning deformable active membranes
Universidade Federal do Rio Grande do Sul（南里奥格兰德联邦大学）；Universiteit Leiden（莱顿大学）；Université Paris Cité（巴黎西岱大学）
该研究构建自对齐可变形活性膜模型，结合细胞力学等要素，在模拟上皮细胞绕障迁移的受限流动中开展基准测试，验证其可作为关联细胞特性与组织集体迁移的多功能框架。
2026-11-03 cond-mat.soft
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
Mechanically-driven Stem Cell Separation in Tissues caused by Proliferating Daughter Cells
该研究构建纳入干细胞更新与细胞机械相互作用的计算模型，揭示增殖分化细胞流动产生有效排斥，使干细胞在组织中相互分离，并可用被动布朗粒子气体定量描述。
2023-10-06 cond-mat.soft physics.bio-ph
Junctional-Fluctuation-Mediated Fluidisation of Multi-Phase Field Epithelial Monolayers
Rudolf Peierls Centre for Theoretical Physics, University of Oxford（鲁道夫·皮尔斯理论物理中心，牛津大学）
本研究分析上皮单层的多相场模型，发现遵循Ornstein-Uhlenbeck过程的连接黏附涨落可引发组织重排流化与细胞扩散运动，且有效扩散系数与涨落持续时间非单调相关，验证了顶点模型的相关结论。
2025-08-26 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
Wound opening in a thin incompressible viscoelastic tissue
我们开发了一个模型，以调查分析和数值的粘弹性，各向同性，均匀，不可压缩的薄组织中的伤口打开的力学。这个过程发生在伤口造成后立即。在任何主动生物作用发生之前，组织松弛，并且伤口主要由于组织的初始稳态张力、其弹性和粘性特性以及组织与其基质之间的现有摩擦而打开。我们发现，对于一个圆形伤口的变形制度是由一个单一的一维参数$λ$，其特征在于摩擦的粘度的相对重要性定义。
2021-02-23 cond-mat.soft
Rheology of 2D vertex model
该研究采用解析粗粒化连续介质公式，理论探究二维上皮组织顶点模型的流变特性，揭示其剪切变稀等流变规律及振荡基底支撑下的取向变化与三临界点特征。
2023-12-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
Softness, anomalous dynamics, and fractal-like energy landscape in model cell tissues
上皮细胞组织具有类似于过冷液体的缓慢弛豫动力学。然而，它们也有各自的特点。这些包括一个扩展的短时间子扩散瞬态，在一些实验和最近的研究模型系统中观察到的，和一个子Arrhenius依赖的弛豫时间对温度的数值研究报告。在这里，我们表明，上皮组织的异常玻璃态动力学起源于一个分形的能量景观的出现，粒子变得几乎自由地扩散在特定的相空间方向到一个小的距离。此外，我们澄清，刚度的细胞调谐这种异常的行为，组织的刚性细胞具有传统的玻璃态松弛动力学。
2021-01-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Physical Models of Embryonic Epithelial Healing
Centro de Física Teórica e Computacional, Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa（里斯本大学理学院理论物理与计算中心）；Departamento de Física, Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa（里斯本大学理学院物理系）；Departamento de Física, Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, Instituto Politécnico de Lisboa（里斯本理工学院里斯本高等工程学院物理系）
本文综述了胚胎上皮愈合的物理模型，探讨了不同模型类别的特点及跨尺度整合的方向。
2026-03-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Wrinkling instability in unsupported epithelial sheets
研究无支撑上皮单层的弹性，推导出由顶端-基底表面张力差异驱动起皱的精确理论，揭示组织自主控制表面图案长度尺度的新机制。
2023-04-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
Coordinated motion of epithelial layers on curved surfaces
本研究通过基于细胞的建模，揭示了外在曲率效应引导细胞伸长对齐，并在自推进与细胞互作下增强，解释圆柱表面的大规模圆周旋转，强调曲率在组织形态发生中的关键作用。
2024-02-06 cond-mat.soft math-ph math.MP
The analytical solution to the migration of an epithelial monolayer with a circular spreading front and its implications in the gap closure process
上皮细胞的协调行为在组织发育中被广泛观察到，如再上皮化、肿瘤生长和形态发生。在这些过程中，细胞要么集体迁移，要么组织成特定的结构，以服务于某些目的。在这项工作中，我们研究了一个扩展的上皮细胞单层，其迁移前封闭在单层中心的圆形间隙。这种组织通常用于模拟Virto中的伤口愈合过程。我们将上皮层模拟为一层活跃的粘性极性流体。在轴对称假设下，该模型在两种特殊条件下可以解析求解，表明上皮细胞单层有两种可能的扩散模式。基于这两组解析解，我们评估了受间隙大小、活跃的细胞间收缩性和作用于扩散边缘的荷包收缩影响的扩散前沿的速度。在模型参数中存在几个临界值，用于间隙闭合过程的启动，并且荷包收缩在控制间隙闭合动力学中起着至关重要的作用。最后，研究了扩展锋形态的不稳定性。数值计算显示了扰动速度和增长率如何随不同的模型参数而变化。
2022-08-29 cond-mat.soft q-bio.CB
