基于细胞尺度与宏观尺度力之间反馈的组织自组织微观生物物理模型
生物物理
2020-11-18 v3 软凝聚态物质
统计力学
摘要
我们开发了一种用于人工组织自组织与重塑的微观生物物理模型，该过程由细胞与细胞外基质（ECM）之间的微观主动力，以及组织内形成的宏观力共同驱动，并与实验高度吻合。微观主动力由细胞与其所处 ECM 之间微米尺度的相互作用激发，当大量细胞共同行动时，这些力驱动组织宏观尺度的自组织与重塑，并受其影响，形成反馈回路。为理解该回路，需要：(1) 构建可模拟组织中大量细胞这些过程的微观生物物理模型；(2) 依据实验数据验证并标定这些模型；(3) 理解细胞与细胞外基质之间的主动反馈，及其与组织宏观自组织及重塑的关系。我们的微观生物物理模型由一个代表 ECM 的收缩网络构成，该网络通过偶极子力与大量细胞相互作用，以描述组织的宏观自组织与重塑。我们使用模拟退火求解该模型，发现与人工神经组织实验高度吻合。我们讨论了模型参数的标定。我们得出结论：微观细胞-ECM 偶极子相互作用与组织尺度力之间的反馈，是驱动组织宏观自组织与重塑的关键因素。我们讨论了该生物物理模型在人工组织模拟与合理设计中的应用。
引用
@article{arxiv.1902.02768,
title = {Microscopic biophysical model of self-organization in tissue due to feedback between cell- and macroscopic-scale forces},
author = {J. P. Hague and P. W. Mieczkowski and C. O'Rourke and A. J. Loughlin and J. B. Phillips},
journal= {arXiv preprint arXiv:1902.02768},
year = {2020}
}