细胞爬行对基质刚度响应的细胞尺度机制

生物细胞能够响应环境线索来调节其行为。durotaxis 是细胞根据周围基质的机械属性调整迁移方向的现象。尽管该现象已研究二十余年，但细胞如何调节迁移以响应基质刚度的基本细胞尺度机制仍未阐明。我们通过发展一种利用机械化学模型的理论，来整合细胞内生化反应、细胞变形和基质黏附。数值分析揭示，细胞的特征速度和扩散常数随基质刚度的变化呈非单调，表明迁移出现最优刚度。此外，通过引入允许细胞机械对细胞内化学反应进行反馈的记忆效应，发现软于最优刚度的基质上，细胞的持续时间随基质刚度增加而增大。我们进一步从理论上阐述了非单调依赖的起源，即与实验观察相符，涉及细胞变形和基质黏附中的对称性破缺。我们认为本研究提供了一个理解复杂 durotactic 细胞迁移的统一框架。