增殖驱动的机械反馈调节生长组织中的细胞动力学

组织中的局部应力是一种集体属性，调节细胞分裂和凋亡。相反，细胞的生长与分裂会在组织中诱导主动应力。因此，细胞动力学与局部应力之间存在反馈。然而，细胞动力学如何依赖于应力介导的细胞分裂以及反馈强度尚未完全理解。本文使用二维生长组织的智能体基于模拟方法，探讨了应力介导的生长和细胞分裂对细胞动力学的影响。我们发现，单个细胞的动力学行为呈现出丰富的动态行为，从拥堵（均方位移，$\Delta (t) \sim t^{\alpha}$，其中 $\alpha$ 小于1）到超扩散（$\alpha > 2$），取决于细胞分裂速率和机械反馈的强度。令人惊讶的是，$\Delta (t)$ 由组织生长规律决定，该规律量化了细胞增殖（细胞数量 $N(t)$ 随时间的函数）。生长规律（在长时间尺度下 $N(t) \sim t^{\lambda}$）由控制机械反馈强度的临界压力以及细胞分裂-凋亡速率之比所调节。我们指出 $\lambda \sim \alpha$，这表明更高的生长速率会导致更大的细胞迁移程度。细胞运动性变化与高度持久的力（持续多个细胞周期）的出现相关。我们的预测可通过细胞追踪成像技术进行验证。