约束上皮细胞中涡旋与振荡动力学的边界形状驱动转变

控制上皮细胞群体的集体运动对于理解多细胞自组织以及推进组织工程至关重要。在空间约束下，细胞已知会根据边界几何表现出涡旋旋转或振荡运动，但这些状态之间转变的机制仍不清楚。本研究调查了 MDCK 细胞在双圆边界内的集体运动，其中约束纵横比（定义为两圆心间距与半径之比）可通过改变重叠程度来调节。当重叠较大时，细胞形成稳定的涡旋。增大约束纵横比使该涡旋失稳并诱发振荡运动，其特征为迁移方向的周期性反转，最终过渡为无序动力学。为阐明潜在机制，我们开发了包含局部对齐（LA）和运动接触抑制（CIL）的自推进粒子模拟。该模型成功再现了实验中观察到的从涡旋到振荡运动的转变，并进一步揭示了 LA 与 CIL 之间的适当平衡对于稳定具有速度反转的涡旋对至关重要。我们的发现表明，约束纵横比是控制上皮单层集体动力学转变的最小控制参数。