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
Flocking Transition in Confluent Tissues
集体细胞迁移是重要的生物学过程的基础，如胚胎发育、伤口愈合和癌症侵袭。虽然单细胞运动的许多方面现在已经很好地建立起来，但导致粘性细胞群移位的机制仍然知之甚少。为了阐明机械敏感细胞集体迁移的出现，我们研究了融合组织的自推进Voronoi（SPV）模型，该模型具有方向反馈，该方向反馈将细胞的极化与其局部迁移速度对齐。虽然形状和运动性是已知的，以调节密度无关的液体-固体在组织中的过渡，我们发现，对齐的相互作用促进集体运动，促进凝固。我们的模型再现了在堵塞的上皮细胞单层中观察到的行为，这些上皮细胞单层通过加入内吞蛋白RAB 5A来解除堵塞，该内吞蛋白RAB 5A通过诱导大规模连贯的迁移模式和局部流化来促进细胞运动。
2017-06-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Topological Defects Mediate Collective Transport of Confluent Cells
Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）；Tsinghua University（清华大学）
研究通过主动顶点模型探讨了运输细胞后产生的结构缺陷，发现细胞拖拽时阻力系数各向异性但阈值拖拽力各向同性，拖拽邻近细胞沿最易受力方向可最小化晶格破坏，揭示了细胞粘附与多体相互作用对拓扑组织的影响。
2026-03-31 cond-mat.soft
A density-independent glass transition in biological tissues
细胞迁移在许多生物学过程中是重要的，包括胚胎发育、癌症转移和伤口愈合。在这些组织中，一个细胞的运动往往受到其邻居的强烈约束，导致玻璃态动力学。虽然自推进颗粒模型表现出密度驱动的玻璃化转变，但这并不能解释融合组织中的液体到固体的转变，其中细胞之间没有间隙，因此密度是恒定的。在这里，我们证明了存在一种新的类型的刚性过渡，发生在充分研究的顶点模型，在恒定密度的汇合组织单层。我们发现刚性的发作是由一个模型参数，编码单细胞特性，如细胞间粘附和皮质张力，提供了一个解释的液体到固体的过渡融合组织和可测试的预测，这些过渡如何不同的颗粒物。
2015-05-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Broad-tailed force distributions and velocity ordering in a heterogeneous membrane model for collective cell migration
相关的速度模式和相关的大长度尺度传输的牵引力已被观察到集体活细胞迁移作为一个响应的“伤口”。我们认为，一个简单的物理模型的力驱动的异质弹性膜滑动的粘性基板可以定性地解释一些实验观察到的事实：（i）增长的速度排序蔓延从伤口边界到内部，（ii）指数尾部的牵引力分布，和（iii）在组织的内部的速度的漩涡图案。
2012-03-20 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Energy barriers govern glassy dynamics in tissues
最近的观察表明，密集包装的组织表现出玻璃态动力学的功能，如笼行为和动力学的异质性，虽然它仍然不清楚如何单细胞特性控制这种行为。在这里，我们开发了数值和理论模型来计算细胞重排的能量障碍，这有助于管理细胞单层中的细胞迁移。与剪切泡沫的工作相反，我们发现能垒高度呈指数分布，并且系统地取决于细胞的邻居数量。基于这些结果，我们预测玻璃状的两个时间关联函数的细胞运动，随着细胞活性的降低，迅速增加的时间尺度。这些关联函数用于构建简单的随机游走，其再现实验中观察到的细胞轨迹的笼化行为。这项工作为预测创伤愈合、胚胎发生和癌症肿瘤发生中细胞的集体运动提供了理论框架。
2014-02-06 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Correlating Cell Shape and Cellular Stress in Motile Confluent Tissues
集体细胞迁移是涉及伤口愈合、癌症转移和形态发生的高度调节的过程。细胞之间的机械相互作用提供了协调这种集体运动的重要调节机制。使用自推进Voronoi（SPV）模型，将细胞力学与细胞形状和细胞运动性联系起来，我们制定了一个广义的机械推理方法，从运动组织中测得的牵引力中获得细胞应力的时空分布，并表明这种基于牵引的应力与瞬时细胞形状计算的应力相匹配。我们还使用应力信息来表征组织的流变特性。我们确定了一个运动诱导的游泳压力，增加了相互作用的压力，以确定全球的收缩性或延伸性的上皮细胞。我们进一步表明，相互作用剪应力的时间相关性决定了组织在液固转变时发散的有效粘度，这表明直接从牵引数据中提取流变信息的可能性。
2017-04-19 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Role of intercellular adhesion in modulating tissue fluidity
本文提出一个二维基于主动力的组织单层模型，揭示了细胞间粘附降低导致近融合组织流体化的机制，并发现玻璃态行为与普适扩散长度，为发育生物学和生理学提供通用模拟框架。
2024-09-28 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Jamming and arrest of cell motion in biological tissues
集体细胞运动是至关重要的许多生物过程，包括形态发生，伤口愈合和癌症侵袭。最近，生物学和生物物理学社区已经开始使用术语细胞干扰来描述组织中细胞运动的集体停滞。虽然这一术语被广泛使用，但其基本机制各不相同。在这篇综述中，我们强调了三个独立的机制，可以潜在地驱动逮捕的细胞运动-拥挤，张力驱动的刚性，并减少波动-并提出了一个推测性的相图，其中包括所有三个。由于多个机制可能同时运行，这强调了实验应该努力确定在给定情况下哪个机制占主导地位。我们还讨论了特定的细胞尺度和分子尺度的生物过程，如细胞-细胞和细胞-基质相互作用，控制这些潜在的物理机制方面。
2021-02-22 cond-mat.soft physics.bio-ph
Active Vertex Model for Cell-Resolution Description of Epithelial Tissue Mechanics
我们引入了一个活动顶点模型（AVM）的细胞分辨率的研究，由成千上万的细胞组成的汇合上皮组织的力学，与类似的方法无法达到的细节水平。AVM将汇合上皮组织的顶点模型与活性物质动力学相结合。这引入了细胞运动的自然描述，并解释了在多个尺度上观察到的运动模式。此外，从单元中心的位置动态地生成单元接触。这不仅使有效的数值实现，但提供了一个自然的描述T1过渡事件负责局部组织重排。AVM还包括细胞排列、细胞特异性机械性质、细胞生长、分裂和凋亡。此外，AVM引入了一个灵活的，动态变化的上皮片的边界，允许研究的现象，如指状不稳定或伤口愈合。我们用一些案例研究来说明这些能力。
2016-12-18 cond-mat.soft physics.bio-ph
Differences in cell death and division rules can alter tissue rigidity and fluidization
组织的机械性能，如刚性和流动性，以及这些性能的变化驱动的干扰-解除干扰转换（UJT），最近受到重视的健康和疾病的各种生物过程，包括癌症的机械标志。然而，大多数对这些机械性能和UJT的分析都回避了这些系统中细胞死亡和分裂的影响。细胞凋亡（程序性细胞死亡）和有丝分裂（细胞分裂）可以驱动组织特性的显著变化。两者之间的平衡对于维持组织功能至关重要，两者之间的不平衡见于癌症进展、伤口愈合和坏死等情况。在这项工作中，我们调查细胞死亡和分裂对组织力学性能的影响，通过将特定的机械敏感触发细胞死亡和分裂的大小和几何形状的细胞内的组织动力学的计算机模型的基础上。具体来说，我们研究细胞迁移，组织对外部应力的反应，组织挤出倾向和组织内不同细胞类型的自组织，作为细胞死亡和分裂的函数以及触发这些事件的规则。我们发现，与没有这些事件的系统相比，不仅细胞死亡和分裂事件显著改变了组织力学，而且驱动这些细胞死亡和分裂事件的触发器的选择也改变了预测的组织力学和整体系统行为。
2022-02-05 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Interplay between substrate rigidity and tissue fluidity regulates cell monolayer spreading
细胞的协调和合作运动对于胚胎发育、组织形态发生、伤口愈合和癌症侵袭是必不可少的。由于细胞-细胞相互作用、细胞-基质粘附和活性细胞行为之间的复杂相互作用，对集体细胞运动中出现的力学行为的预测性理解是具有挑战性的。为了克服这一挑战，我们开发了一个预测细胞顶点模型，可以描绘基板的刚度，组织力学和活性细胞特性的细胞集体的运动的相对作用。我们将该模型应用于细胞聚集体集体运动的特定情况下，因为它们扩散到一个二维的细胞单层粘附到一个软弹性基质。与最近的实验相一致，我们发现，基板刚度调节细胞单层，这可以是压力驱动的或爬行为基础的依赖于基板的刚度的蔓延的驱动力。在软基质上，由于来自聚集体的细胞流入，细胞单层铺展由主动压力驱动，而在硬基质上，细胞铺展主要由主动爬行力驱动。我们的模型预测，细胞爬行和组织压力的合作驱动更快的扩展，而扩展速率是敏感的组织的机械性能。我们发现，固体组织传播速度更快的刚性基板上，与组织张力的扩展速率增加。相比之下，流体组织的扩散与基质硬度无关，并且比固体组织慢。我们比较我们的理论结果与实验结果的牵引力产生和细胞单层的扩散动力学，并提供新的预测集体细胞运动的组织流动性和基板刚性的作用。
2022-10-03 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
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
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
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
A minimal physical model captures the shapes of crawling cells
高等生物（真核生物）中的细胞运动对于从伤口愈合到免疫反应的生物功能至关重要，并且还与癌症等疾病有关。对于在硬表面上爬行的细胞，从体外复制这种运动的实验中已经获得了对运动性的重要见解。这些实验表明，爬行是利用肌动蛋白的聚合作用和肌球蛋白诱导的压力（收缩力）的结合，肌动蛋白的聚合作用推动细胞的前部向前移动，肌球蛋白诱导的压力使后部缩回。在这里，我们提出了一个简化的爬行细胞的物理模型，包括一个小滴的活性极性流体与收缩性的整个，但连接到一个薄层附近的支持壁的cross-milling。该模型显示了各种形状和/或运动制度，一些非常相似的情况下看到实验。我们的工作有力地支持了这样的观点，即细胞运动利用自主的物理机制，其操作不需要持续的调节努力。
2015-02-25 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Continuum models of collective cell migration
集体细胞迁移在组织发育、形态发生、伤口修复和癌症进展中起着核心作用。随着越来越多的人认识到物理力在发育和生理学中介导细胞运动，一个关键的生物学问题是细胞如何整合分子活动以在多细胞尺度上产生力。在这篇综述中，我们讨论了最近的进展，集体细胞迁移建模的定量工具和方法植根于软物质物理。我们专注于理论模型的细胞聚集体作为连续的活性介质，机械力和监管生化之间的反馈产生了丰富的集体动力学行为。这类模型为许多发育过程的基础生理动力学提供了强大的预测框架，其中细胞需要像粘性流体一样集体迁移以到达目标区域，然后再迁移以支持机械应力并保持组织凝聚力。
2018-12-05 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Myosin-independent amoeboid cell motility
本文提出仅靠肌动蛋白聚合即可自发诱导细胞极性与逆行流动，从而在不依赖分子马达的情况下实现多种环境中的细胞运动。
2025-03-10 cond-mat.soft
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
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
