细胞团簇中的营养屏蔽效应

细胞营养消耗受单个细胞的营养摄取动力学及细胞空间排列的共同影响。大型细胞团簇或菌落由于靠近表面的细胞对营养的屏蔽作用，其中心区域的生长受到抑制。我们发展了一种有效介质理论，预测团簇中能够获得足够营养以生长的外层细胞壳层厚度 $\ell$。细胞被视为部分吸收的相同球形营养汇，我们确定了一个无量纲参数 $\nu$ 来表征每个细胞的吸收强度。参数 $\nu$ 在不同细胞类型间可变化多个数量级，范围涵盖从细菌、酵母到人类组织。厚度 $\ell$ 随 $\nu$ 的增加、细胞体积分数 $\phi$ 的增加以及环境营养浓度 $\psi_{\infty}$ 的降低而减小。我们将理论结果与数值模拟及实验进行了比较。在后者的研究中，将在葡萄糖培养基上生长的出芽酵母 \textit{Saccharomyces cerevisiae} 菌落置于共聚焦显微镜下成像。我们通过荧光蛋白报告基因测量菌落内部的生长情况，并比较了厚度 $\ell$ 的实验结果与理论结果。