两阶段细胞谱系模型中调控反馈对组织生长动力学的影响

识别细胞间反馈调控的机制对于基本理解生物体中组织生长的控制至关重要。在本文中，我们分析了一个组织生长模型，该模型由受空间扩散的负反馈信号分子调控的单一谱系两种细胞类型组成。通过推导均匀稳态的不动点并进行线性稳定性分析，我们在解析上获得了模型任意参数下的相图。发现了两种不同的通用生长模式：爆发式生长和终态控制生长，它们分别由非平凡不动点和平凡不动点主导，并且可以通过改变对干细胞增殖的负反馈调控而灵敏地切换。我们还推导了这两种生长模式特征时间尺度的解析表达式。值得注意的是，平凡与非平凡均匀稳态可以共存，并且在双稳区内随着相关参数的变化会发生急剧转变。此外，双稳生长特性允许通过外部控制在这两种生长模式间切换。另外，可以推导出早期加速生长随后迟缓生长的条件。这些解析结果进一步通过数值模拟得到验证，并为组织的生长行为提供了见解。我们的结果也结合可能的现实生物实验与组织生长控制策略进行了讨论。此外，通过对调控分子浓度的外部反馈控制，可以实现期望的生长模式，如通过增强生长、追赶生长的分析以及线性生长动态目标的设计所展示的那样。