和我们一样，细胞也进行交流。嗯，以他们自己独特的方式。细胞以波作为它们的共同语言，告诉彼此移动的地点和时间。他们交谈，分享信息，一起工作——很像奥地利科学技术研究所(ISTA)和新加坡国立大学(NUS)的跨学科研究团队。他们进行了关于细胞如何沟通的研究，以及这对未来项目的影响，例如应用于伤口愈合。
当你想到生物学时，你会想到什么?动物，植物，理论计算机模型?最后一个，你可能不会马上联想到它，尽管它是生物学研究的重要组成部分。正是这些计算有助于理解复杂的生物现象，直至最隐蔽的细节。ISTA教授爱德华·汉内佐运用它们来理解生物系统中的物理原理。他的团队的最新工作为细胞如何在活组织内移动和交流提供了新的见解。
在攻读博士学位期间，Daniel Boocock与Hannezo以及新加坡国立大学的长期合作伙伴Tsuyoshi Hirashima一起开发了一个详细的新理论模型，该模型发表在《PRX Life》杂志上。它可以更好地理解细胞间的远距离交流，并描述细胞相互作用的复杂机械力及其生化活性。
细胞以波的形式交流
“假设你有一个覆盖着单层细胞的培养皿。他们似乎只是坐在那里。但事实是它们在移动，它们在旋转，它们自发地做出混乱的行为，”汉内佐解释说。
类似于音乐会中密集的人群，如果一个细胞向一边拉，另一个细胞会感知到这个动作，并做出反应，要么朝同一个方向拉，要么朝相反的方向拉。这样，信息就能以波的形式传播和传播——这种波在显微镜下是可见的。“细胞不仅能感知机械力，还能感知它们的化学环境力和细胞相互施加的生化信号，”Hannezo继续说道。“它们的交流是生物化学活动、物理行为和运动的相互作用;然而，到目前为止，每种通信模式的范围以及这种机械化学相互作用在活组织中的作用一直是难以捉摸的。”
预测运动模式
在波浪视觉的驱动下，科学家们的目标是建立一个理论后续模型，以验证他们之前关于细胞如何从一个区域移动到另一个区域的理论。Daniel Boocock解释说:“在我们早期的工作中，我们想要揭示这些波的生物物理起源，以及它们是否在组织集体细胞迁移中发挥作用。然而，我们没有考虑组织的液固转变，系统中固有的噪声，或者二维波的详细结构。”
他们最新的计算机模型关注细胞运动和组织的材料特性。有了它，Boocock和Hannezo发现了细胞是如何通过机械和化学方式交流的，以及它们是如何移动的。他们能够复制培养皿中观察到的现象，验证了基于物理定律的细胞通信的理论解释。
检验理论
为了实验证明，Boocock和Hannezo与生物物理学家Tsuyoshi Hirashima合作。为了严格测试新模型是否适用于真实的生物系统，科学家们使用了MDCK细胞的二维单层-特异性哺乳动物肾细胞-这是此类研究的经典体外模型。Hannezo解释说:“如果我们抑制细胞感知和产生力的化学信号通路，细胞就会停止运动，通信波也不会传播。”“有了我们的理论，我们可以很容易地改变复杂系统的不同组成部分，并确定组织的动态如何适应。”
接下来是什么?
细胞组织在某些方面类似于液晶:它像液体一样流动，但却像晶体一样排列。Boocock补充说:“特别是，生物组织的液晶样行为只在机械化学波的独立研究中得到过。”延伸到具有复杂形状的三维组织或单层，就像在活生物体中一样，是未来可能的研究途径之一。研究人员还开始优化关于伤口愈合的模型。在计算机模拟中，参数改善了信息流，加速了愈合。Hannezo热情地补充说:“真正有趣的是，我们的模型在生物体内细胞的伤口愈合方面有多好。”
Interplay between mechanochemical patterning and glassy dynamics in cellular monolayers
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