正如LMU物理學家最新發(fā)表的一項研究那樣，活性物質，如細菌或上皮細胞的集合，如何設法擴展到狹窄的空間，很大程度上取決于它們的生長動力學。活性物質的生物形式，如細菌生物膜或上皮細胞薄片，通常存在于有限的微空間中。

弄清楚這些系統(tǒng)是“如何通過入侵新的領地來殖民周圍環(huán)境”并擴展范圍的，這將增強我們對在高等生物體中觀察到許多正常功能和疾病狀態(tài)的理解。

在與Amin Doostmohammadi博士(牛津大學)的合作下，LMU物理學家Felix Kempf和Erwin Frey教授現在借助計算機模擬證明：細胞群體在接近和通過局部收縮時表現出各種運動模式，所采用的模式取決于在組合前沿發(fā)展的活動動力水平，這一發(fā)現發(fā)現在表在《軟物質》期刊上。以前的幾份出版物曾提出，生物物質的集體運動受到這些系統(tǒng)所處環(huán)境性質的影響。特別是，用上皮細胞和細菌細胞以、由分離細胞內生物長絲、分子馬達組成的混合物進行體外實驗表明，空間邊界對運動性有顯著的影響。

到目前為止，這種類型研究主要集中在所使用障礙物的形狀和相關粒子運動活動之間的相互作用上。然而，在大多數這些系統(tǒng)中，粒子的數量不恒定。在自然條件下，上皮細胞或細菌細胞以規(guī)則的間隔分裂，當被限制在毛細管中時，它們形成前進的入侵前沿。因此，為了理解這些模式是如何形成和演化的，有必要考慮到這些系統(tǒng)的生長動力學，Kempf和同事使用計算機模擬來探索這個因素的影響。觀察到了三種根本不同的入侵模式，可以根據生長系統(tǒng)的整體活動和入侵前沿在接近收縮時的行為來區(qū)分這三種模式。

如果活動水平較低，則入侵鋒面在以恒定速度前進時保持其平滑和清晰的輪廓。在較高水平的活動中，前沿呈現出不規(guī)則的輪廓。最后，一旦活動水平超過一定的閾值，小細胞群就會從前進的前沿分離出來，然后可以通過狹窄的縫隙蠕動前進。模擬還使研究人員能夠描述隨著入侵鋒面演變而觀察到驅動轉變的過程，并量化它們對細胞進入越來越有限空間速度的影響。這些發(fā)現對活性物質的理解做出了重大貢獻，并具有幾個可以在未來實驗中檢驗的含義。

博科園｜研究/來自：慕尼黑路德維希馬克西米利安大學

參考期刊《軟物質》

DOI: 10.1039/C9SM01210A

博科園｜科學、科技、科研、科普

關注【博科園】看更多大美宇宙科學哦