在标准时空模式下利用基准流几何区分集体细胞运动的基于个体模型
软凝聚态物质
2023-05-19 v2 生物物理
摘要
集体协调的细胞迁移在组织胚胎发生、癌症、稳态与愈合中发挥作用。为研究这些过程，已开发出不同的基于细胞建模方法，从基于格点的细胞自动机，到将细胞视为类点粒子或扩展详细细胞形状轮廓的无格点模型。秉承 Osborne 等人 [PLOS Computational Biology, (2017) 13, 1-34] 对细胞组织结构模拟模型所做的工作，我们在此比较五种集体细胞迁移的仿真模型，选取时按所包含细节递增的顺序具有代表性。它们分别是 Vicsek-Grégoire 粒子、Szabó 类粒子、自驱动 Voronoi 模型、细胞 Potts 模型和多粒子细胞，其中每个模型都包含细胞运动性。我们考察当应用于同一生物学问题时这些模型如何比较，以及行为差异是由不同的模型假设与抽象所致。为此，我们使用一个可区分复杂物质流模型、且可利用细胞培养实验逼近的基准：通道内绕圆形障碍物的流动，即 Stokes 在其 1851 年历史实验中使用的几何。对每个模型，我们解释如何最佳实现它；改变细胞密度、吸引力和对齐相互作用；绘制所得的速度、密度与形变场图；并最终讨论其各自优势与局限。因此我们提供了针对给定问题如何选择模型的建议，并考察运动粒子与运动细胞模型是否展现相似的集体效应。
引用
@article{arxiv.2210.11524,
title = {Discriminating between individual-based models of collective cell motion in a benchmark flow geometry using standardised spatiotemporal patterns},
author = {Carine P. Beatrici and Cassio A. Kirch and Silke Henkes and François Graner and Leonardo G. Brunnet},
journal= {arXiv preprint arXiv:2210.11524},
year = {2023}
}
备注
Article has undergone significant revisions. New figures. Text rewritten to emphasize model comparison