骨髓间充质细胞殖民体的血统拓扑、复制动力学和细胞周期同步揭示了受调控的生长动力学
细胞行为
2025-10-23 v2 统计力学
生物物理
摘要
骨髓间充质细胞（BMSC）——包括骨骼干细胞——是再生医学中有前景的工具。然而，其异质性和不可预测的体内行为仍是阻碍标准化骨骼组织再生治疗方法发展的关键障碍。已有多项研究尝试识别与体内分化特性相关的体外特征，但主导 BMSC 异质性的机制仍鲜有了解。本文利用时间滴答成像技术，对 32 个单个细胞来源的 BMSC 殖民体进行了七代血统追踪。我们观察到在血统拓扑（由衰老或凋亡细胞数量决定）和复制动力学（仅针对增殖细胞）之间存在显著的殖民体间和殖民体内异质性。有趣的是，拓扑结构和动力学结果呈强相关，暗示存在将非分裂/凋亡亚群与增殖细胞相连的调控因子。此外，BMSC 在早期代谢中显示出高度同步的细胞周期，表明存在通过细胞相互影响实现阶段性调控机制。通过运用非相互作用的 population growth 模型，我们证明观察到的同步现象无法由非相关的分支过程解释；相反，必须存在细胞间的分裂时间相关性。我们的发现揭示了支配 BMSC 异质性和生长动力学的基本机制，这些机制可能可为控制其再生潜能提供策略。
引用
@article{arxiv.2504.21818,
title = {Lineage topology, replication kinetics and cell cycle synchronization reveal regulated growth dynamics in human bone marrow stromal cell colonies},
author = {Alessandro Allegrezza and Riccardo Beschi and Domenico Caudo and Andrea Cavagna and Alessandro Corsi and Antonio Culla and Samantha Donsante and Giuseppe Giannicola and Irene Giardina and Giorgio Gosti and Tomas S. Grigera and Stefania Melillo and Biagio Palmisano and Leonardo Parisi and Lorena Postiglione and Mara Riminucci and Francesco Saverio Rotondi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2504.21818},
year = {2025}
}
备注
Version 1 of this submission has been split into two manuscripts: the first one focuses on lineage topology vs. replication kinetics (this submission). The second manuscript, introducing inheritance entropy, can be found in arXiv:2510.18589. 33 pages, 9 figures, 1 table, 2 videos