凝聚态物理学激发了细胞行为的新模型

细胞是专家合作者和合作者。为了维持组织健康，细胞相互交谈，相互施加压力，并踢出对集体整体健康没有贡献的细胞。

当需要消除细胞时，集体组启动细胞挤出。细胞可以挤出有几个原因 - 它们可能是癌变或衰老的，或者只是过度拥挤其他细胞。挤出是组织保持健康和完整性的必要过程。

生物学家长期以来一直在研究细胞挤出背后的生化线索和信号，但所涉及的机械和物理力知之甚少。

现在，受到称为液晶的物质相力学的启发，研究人员开发了细胞层的第一个三维模型以及它们物理相互作用产生的挤压行为。

研究小组从这个新模型中发现，细胞越是被邻居以对称方式挤压，就越有可能从群体中挤出。

该模型和发现在eLife杂志上的一篇论文中进行了描述。这项工作是航空航天和机械工程教授小约翰·E·古德(John E. Goode， Jr.)实验室之间的合作;何塞·安德拉德，乔治·W·豪斯纳土木和机械工程教授;以及丹麦哥本哈根的尼尔斯·玻尔研究所。

液晶是介于固体和液体之间的物质相。像固体一样，液晶物质抵抗变形，但像传统液体一样，构成物质的分子可以四处流动。

液晶的研究传统上属于凝聚态物理学领域，但在过去的六年中，它已被用于描述活细胞的行为。

“这项研究最令人兴奋的部分是，我们只是触及了结合这些领域的表面，”加州理工学院前博士后学者，该研究的第一作者Siavash Monfared说。

“生物学非常具有挑战性的是，生命系统是活跃的，失去平衡，而物理学和力学通常基于热力学平衡。对活性物质的研究对于使用物理学和物理力来理解生物系统有很大的希望。

在这项新工作中，该团队对单层细胞进行了建模，结合了液晶物理原理。这些细胞被建模为活性和可变形的球形液滴，以真实细胞形成组织的方式紧密地包装在一起，并设置在基质上。

然后，研究人员能够调整一个称为粘附的参数，该参数衡量细胞相互粘附或粘附基质的强度，并观察挤出行为如何受到影响。

虽然液晶中的分子可以自由流动，但众所周知，它们显示出某些类型的对称性。其中之一称为六边形对称性，即六重六边形旋转对称性。该模型表明，随着细胞粘附的增加，集体群体可能会挤出任何破坏六边形对称性的细胞。

“像挤压这样的行为来自集体相互作用 - 细胞相互推动，变形，旋转等等，”Monfared说，他现在是丹麦哥本哈根Niels Bohr研究所的博士后学者。

“最终目标是了解机械力如何与生化信号相互作用。机械和生化信号之间的双向通信是一个活跃而激烈的研究领域。