作者:索尼娅·费尔南德斯，加州大学圣巴巴拉分校 信用:CC0公共领域 在生命的最初阶段，动物经历了一些最壮观的物理变化
一旦细胞分裂成小块，它们就开始重新排列成更具特征的形式，不管是鱼、鸟还是人类
理解细胞如何共同作用来构建组织一直是物理学和生物学中的一个基本问题
现在，加州大学圣巴巴拉分校的奥特格·坎帕教授(他也是系统生物学和生物工程的梅利查普教授)和坎帕教授实验室的博士后金尚宇已经着手解决这个问题，并取得了令人惊讶的发现
“当你有许多细胞在物理上相互作用时，系统是如何集体行动的？合奏的物理状态是怎样的？”赛义德·坎帕斯
事实上，他解释说，胚胎细胞组织是一种“奇怪的物质”，每个细胞都消耗化学能，并利用它向其邻居施加力，协调他们的行动
他补充说，对合成培养皿中细胞的体外研究只提供了部分情况；通过研究活胚胎所处的自然环境中的细胞，他们可以发现细胞是如何控制它们的集体状态以及从推拉交响中产生的相变的
在《自然物理学》杂志发表的一篇论文中，坎普斯、金和他的同事报告了一个计算框架的发展，该框架捕捉细胞之间的各种相互作用，并将它们与胚胎组织动力学联系起来
与以前的模拟不同，该框架考虑了与细胞相互作用相关的几个关键特征，例如细胞之间的空间、细胞形状和细胞相遇处的张力波动
“为了充分理解胚胎组织的物理行为，模型中应该考虑到细胞尺度上胚胎组织的所有关键方面，因为新出现的组织特性来自细胞尺度上的相互作用，”该研究的主要作者金说
“有许多研究胚胎组织的模型，但没有一个包含这些关键特征的通用框架，这阻碍了对胚胎组织物理行为的整体理解
" 抖动细胞 根据研究人员的说法，胚胎组织在物理上有点像含水泡沫，这是一个由聚集在液体中的单个气穴组成的系统
想想肥皂泡或啤酒泡沫
“就泡沫而言，它的结构和动态受表面张力控制，”金说
在胚胎组织中细胞相互接触的地方，在细胞膜的内表面和细胞之间都发现了类似的力
“作用于细胞间连接的有效力由皮层张力和细胞间粘附力控制，”金说，“所以细胞间接触的净力可以模拟为有效的表面张力。”
" 然而，与典型泡沫中细胞间的静态力不同，胚胎组织中细胞间的力是动态的
坎帕解释说:“组织中的细胞不会产生静态力，而是随着时间的推移表现出动态的推拉。”
“我们发现，实际上正是这些张力波动有效地将组织‘融化’成流体状态
“正是组织的这种流动性允许细胞重组和塑造组织，”他解释说
研究人员通过测量胚胎斑马鱼的力量随时间的变化来测试他们的模型，胚胎斑马鱼是研究脊椎动物发育的一种受欢迎的模式生物
依靠坎帕实验室开发的一项技术，利用插入胚胎斑马鱼细胞之间的微小磁性液滴，他们能够通过液滴变形的方式确认组织流体状态背后的动力
他们发现张力波动是组织在发育过程中流动性的原因，这与细胞间粘附力的变化是控制组织流动性的关键因素这一普遍接受的观点形成了对比——如果细胞间的粘附力达到一定的高阈值，组织就会变成液体
“但是由于胚胎中的细胞力和张力会波动，这可能是它们在组织流化中发挥了重要作用，”坎普斯说
“因此，当我们进行模拟和实验时，我们意识到实际上抖动对流化比粘附更重要
“组织的流体状态是力的动力学的结果，而不是静态细胞张力或粘附力的变化
这项研究的发现可能会对物理学领域产生影响，特别是在活性物质领域——许多单个单位的系统，每个单位消耗能量并施加机械力，共同表现出突发的集体行为
这项研究还可以为生物学研究提供信息，研究单个细胞参数的变化如何控制组织的整体状态，如胚胎发育或肿瘤
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
