上皮细胞活性固体中的无标度群集与巨涨落

上皮细胞的集体运动是一个基本的生物学过程，在胚胎发生、伤口愈合和肿瘤转移中发挥着重要作用。尽管在体内和体外已对其进行了十多年的广泛研究，但大规模相干群集相仍未得到充分探索，且迄今为止主要被描述为流体。在这项工作中，我们报告了不同上皮细胞类型在体外的一种大规模集体运动模式，该模式具有独特的新特征。通过追踪单个细胞，我们表明细胞在长时间尺度上并非作为流体，而是作为具有可忽略细胞重排的极性弹性固体进行相干运动。我们的分析揭示，这种固体群集相表现出长程极性序的特征，这在细胞系统中是前所未有的，例如无标度相关性、异常大的密度涨落和剪切波。基于活性极性固体的一般理论，我们认为这些特征源于无质量的Goldstone模式，与极性流体中这些模式是普遍存在的不同，在极性固体中，它们需要极性全局旋转与面内弹性变形的解耦。我们从理论上证明并在实验中一致观察到，在这种极性活性固相中，弹性变形的涨落随系统尺寸增大而发散，最终导致破裂，从而可能在较大尺度上丧失组织完整性。