生长中肿瘤球体内细胞的空间异质动力学：理论与实验的比较

集体细胞运动以多个细胞长时间接触并进行相关运动为特征，在癌症与胚胎发生中起核心作用。近期的成像实验提供了单个细胞的时间依赖轨迹，从而给出了肿瘤球状体生长的空前图景。通过使用最小细胞模型的模拟，我们分析了绘制嵌入胶原基质中的纤维肉瘤肿瘤球体内细胞运动的数据。模拟与实验均表明，球状体核心处的细胞表现出亚扩散的玻璃态动力学（均方位移，$\Delta(t) \approx t^{\alpha}$ 且 $\alpha < 1$），而边缘处的细胞表现出超扩散运动，即 $\Delta(t) \approx t^{\alpha}$ 且 $\alpha>1)$。近边缘大多数细胞的运动具有高度持续且相关的方向性运动，从而解释了观测到的超扩散行为。从模拟与实验提取的核心与边缘细胞的 $\alpha$ 值彼此接近定量一致，考虑到模型中未使用任何参数来拟合测量值，这令人惊讶。核心与边缘细胞定性不同的动力学由四阶磁化率刻画，该量被引入用于表征玻璃形成系统中的亚稳态。对单个细胞速度自相关的分析显示出显著的空间异质性，没有两个细胞表现出相似行为。关于 $\alpha$ 应依赖于细胞在肿瘤中位置的预测可接受实验检验。肿瘤球体内细胞高度异质的动力学为瘤内异质性的起源提供了一种合理机制。