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
Random traction yielding transition in epithelial tissues
我们研究如何随机取向的细胞牵引力导致fluoroation在顶点模型的上皮组织。我们发现，在临界值的牵引力大小$F_c$的波动发生。我们表明，这种过渡表现出临界行为，类似于剪切非晶态固体的屈服过渡。然而，我们发现，它属于一个不同的普适类，即使它满足相同的临界指数之间的标度关系建立在剪切非晶态固体的屈服转变。我们的工作提供了一种通过主动力产生的氟化机制，这可能与生物组织有关。
2022-11-03 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
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
Epithelial Tissue Growth Dynamics: Universal or Not?
生长中的上皮组织界面粗糙度的普遍性一直是一个有争议的问题。Kardar-Parisi-Zhang（KPZ）和分子束外延（MBE）普适性类已被报道，包括完全缺乏普适性。在这里，我们利用可变形细胞的动力学分裂模型来研究细胞集落缩放。通过看似微小的模型变化，它可以在模拟相应实验的配置中再现KPZ和MBE样缩放。这一结果抵消了明显的缩放争议。可以推测，这种生长行为的多样性有利于有效的进化和多样化的生长动力学。
2022-03-29 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
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
Effect of substrate heterogeneity and topology on epithelial tissue growth dynamics
组织生长动力学和界面动力学取决于组织环境和细胞-细胞相互作用的性质。在细胞环境中，底物异质性和几何形状由多种因素引起，例如细胞外基质的结构和营养物浓度。我们使用的CellSim 3D模型，一个动力学分裂模拟器，研究的生长动力学和界面粗糙度动态上皮组织生长的异质衬底上具有不同的拓扑结构。结果表明，淬火无序的存在对运动界面区的界面团形貌和粗糙度尺度有明显的影响。在淬火无序介质中，组织界面具有较小的界面粗糙度指数$α$和较大的生长指数$β$。标度指数还取决于衬底的拓扑结构，并且不能通过公知的普适性类来分类。
2023-03-20 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 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
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
Cell-level modelling of homeostasis in confined epithelial monolayers
本研究利用顶点模型探究受限上皮组织稳态，发现细胞分裂与清除平衡维持动态稳态，明确调控有序生长的因素，揭示稳态机制并强调力学的重要性。
2025-01-14 cond-mat.soft physics.bio-ph
Collective cell migration of epithelial cells driven by chiral torque generation
各种多细胞组织显示手性形态。实验研究表明，这可能源于细胞手性。然而，还没有理论被提出来连接细胞手性扭矩和多细胞手性形态发生。我们提出了一个融合的组织动力学与细胞手征扭矩模型。我们发现，细胞迁移的细胞手性扭矩的梯度下单向。虽然迁移速度取决于组织的机械参数而变化，但它仅由融合组织中液体到固体转变的结构序参量缩放。
2019-09-06 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
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
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
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
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
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
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
Linear Viscoelastic Properties of the Vertex Model for Epithelial Tissues
上皮组织充当屏障，因此必须自我修复，对环境变化做出反应，并在不损害其完整性的情况下生长。因此，它们表现出复杂的粘弹性流变行为，其中组成细胞主动调节它们的机械特性以改变组织的整体响应，例如，从固态到液态上皮细胞的细观力学特性通常采用顶点模型来模拟。虽然以前的研究主要集中在长时间尺度上的顶点模型的流变特性，我们系统地研究了全动态范围，通过应用小振荡剪切和体积变形在两个固体和类流体相的规则六边形和无序的细胞配置。我们发现，在流体和固体相的剪切和体积响应可以描述标准的弹簧阻尼粘弹性模型。此外，可以通过对系统施加预变形来调谐固体-流体转变。我们的研究提供了深入了解上皮细胞可以调节其丰富的流变行为的机制。
2022-01-26 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
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
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
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
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
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
(Un)buckling mechanics of epithelial monolayers under compression
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）
研究揭示了上皮单层在压缩下出现的'解皱折'现象，通过连续模型分析发现其机械特性变化，为组织褶皱吸收应力提供理论依据。
2024-09-12 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.TO
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
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
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
Morphologies of compressed active epithelial monolayers
使用一个三维的活动顶点模型，我们数值研究的形状紧张的无支撑的上皮细胞单层受到主动连接噪声由于随机绑定和解除绑定的肌球蛋白。我们发现，虽然单轴、双轴和各向同性的面内压缩应变确实分别导致纵向、人字形和锯齿状褶皱的形成，但绒毛形态特征，例如，只有当连接张力波动强到足以覆盖组织时，小肠才会出现。此外，即使在没有压缩应变的情况下，如果顶-底张力差足够大，流化上皮也具有绒毛特征。我们分析了几个细节的不同的上皮形式，包括应变率的作用和跨褶皱的组织厚度的调制。我们的研究结果表明，非平凡的形态，甚至可以在无支撑的，非图案化的上皮细胞形成。
2021-02-03 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
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
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
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
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
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
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
Modelling of active contraction pulses in epithelial cells using the vertex model
已经提出了几个模型来描述上皮组织的动态经历形态发生的变化驱动的顶端收缩脉冲，不同的收缩施加在哪里，无论是在周边或中间区域。为了帮助区分这些模型，使用顶点模型的上皮动力学，我们分析了收缩的影响，适用于最终的几何形状的活性细胞，减少其顶端的大小。我们发现，内侧活动，其特征在于减少在顶点模型中的参考区域，诱导对称性破坏，并产生各向异性的细胞形状，而各向同性的细胞形状和较大的收缩时，发生在模型中的参考周长减少。当可塑性被包括在内时，与典型的顶端收缩脉冲相比，足够慢的内侧收缩活动过程也可以实现显著的细胞收缩。最后，我们应用该模型来描述在上皮包膜细胞层的细胞有丝分裂过程中观察到的活跃的顶端收缩脉冲在发展中的一年一度的鳉鱼Austrolebias nigripinnis，能够定量地描述细胞形状变化的时间演变时，周长活动和面积的可塑性。提供顶点模型的所有参数的全局拟合。
2021-06-01 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
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
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
Why Extensile and Contractile Tissues Could be Hard to Tell Apart
University of Oxford（牛津大学）；University of Ljubljana（卢布尔雅那大学）；Indian Institute of Technology, Madras（马德拉斯印度理工学院）
本文用双张量序参量连续介质理论证明仅靠细胞形状与流动的关联无法区分主动应力是拉伸型还是收缩型，强调需同时测量应力与细胞形状才能解释上皮组织中的物理力性质。
2025-11-10 cond-mat.soft physics.bio-ph
Non-linear visco-elasto-plastic rheology of a viscous vertex model
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，理论物理与粒子物理中心（UMR 7332），图灵生命系统中心）；Institut für Theoretische Physik, Universität Innsbruck（因斯布鲁克大学理论物理研究所）
本文提出了一种具有显式粘性摩擦的顶点模型，用于研究生物组织的非线性粘弹性塑性流变学特性。
2026-07-30 cond-mat.soft q-bio.TO
A phenomenological multiscale framework for orientational interactions and viscoelasticity in migrating epithelial monolayers
University of Belgrade, Faculty of Technology and Metallurgy（贝尔格莱德大学技术与冶金学院）；Lancaster University（兰开夏大学）
该研究提出唯象力学生物学框架，连接细胞尺度取向相互作用与组织尺度力学，区分可逆和不可逆碰撞，通过能量存储与耗散平衡控制集体迁移等过程，还用量化方法揭示其与细胞密度关系，解释相关动力学与流变学联系。
2026-07-20 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
