平滑分割圆形细胞的最小模型

通过细胞分裂进行复制是生命最基本的过程之一，也是从细菌群落到胚胎发育、组织和肿瘤等系统中动力学的主要驱动力。尽管调节通常在塑造自组织方面发挥作用，但大量证据表明许多生物学相关行为利用基于有限少数物理成分的原理，粒子基模型已成为重构和检验这些涌现动力学的流行平台。然而，将分裂纳入此类模型常常导致异常的机械波动，妨碍物理上有意义的分析。本文提出一种聚焦于分裂期间力学一致性的最小模型。细胞由两个节点组成，节点为重叠圆盘，在细胞分裂期间相互分离，导致暂时性的 dumbbell 形状。设计内部自由度、细胞间相互作用和运动方程，以确保在分裂过程中以及与其它相互作用伙伴的相互作用中始终保持力的连续性，同时保留定义任意各向异性迁移性的自由度。作为基准，我们还将一个已建立的增殖球柱模型（spherocylinders）的类似动力学翻译到理论框架中。数值仿真结果表明，新的圆盘细胞模型实现了力的连续性并量化了我们的改进。我们还研究了与对齐和取向秩序相关的一些基本集体行为，发现两种模型之间以及与文献中结果的一致性。该模型的参考实现可免费获取，作为基于 $\mathit{InPartS}$ 的 Julia 编程语言中的软件包。我们的模型非常适合用于探讨诸如速度和应力等力学可观测量，同时易于添加额外特征。