在显微镜下观察，一组细胞排成一行缓慢向前移动，就像轨道上的火车一样。细胞在复杂的环境中导航。奥地利科学技术研究所(ISTA)的研究人员采用了一种新方法，展示了它们是如何做到这一点的，以及它们是如何相互作用的。实验结果和以下数学结论概念发表于自然物理．
人体内的大多数细胞都不能移动。然而，一些特定的人可以去不同的地方。例如，在伤口愈合过程中，细胞通过身体移动来修复受损组织。它们有时单独旅行，有时成群结队。尽管人们对这一过程的了解越来越多，但对于细胞在移动过程中如何相互作用，以及它们如何共同应对体内复杂的环境，人们知之甚少。奥地利科学技术研究所(ISTA)的理论物理学家和比利时蒙斯大学的实验家组成的跨学科团队现在有了新的见解。
在社会动力学实验中，理解一小群人的相互作用比分析整个社会要容易得多。与此类似，科学家们研究了一小群细胞在明确定义的体外环境中的移动行为，也就是说，在一个生物体的外部，在一个带有内部特征的培养皿中。基于他们的发现，他们开发了一个相互作用规则的框架，该框架现已发表在《自然物理学》上。
David brbrckner冲回办公室拿起他的笔记本电脑。他兴奋地说:“我认为最好展示一些我们实验的视频。”
视频显示了一个培养皿。微条纹——引导细胞运动的一维通道——被印在由无数细胞组成的斑马鱼鳞片旁边的衬底上。特殊的伤口愈合细胞，被称为“角化细胞”，开始从鳞片上伸展出来，形成分支进入通道。br
ckner解释说:“起初，细胞通过表面的粘附分子粘在一起，就像它们牵着手一样。”突然间，这种联系断裂了，细胞聚集成小群，像火车一样沿着轨道前进。“火车的长度总是不同的。有时是两个，有时是十个。这取决于初始条件。”
来自比利时蒙斯大学的elsamonore Vercurysse和Sylvain Gabriele在研究角化细胞及其不同几何图案的伤口愈合特征时观察到了这一现象。为了帮助解释这些令人困惑的观察结果，他们联系了ISTA的理论物理学家David br
ckner和edward Hannezo。
但它们是如何做到这一点的，仍是该领域的一大谜题。br
ckner和Hannezo开始头脑风暴。这两位科学家建立了一个数学模型，结合了细胞的极性、相互作用和周围环境的几何形状。然后，他们将这个框架转移到计算机模拟中，帮助他们可视化不同的场景。
奥地利的科学家们首先观察的是细胞列车的速度。模拟显示，列车的速度与它们的长度无关，无论它们是由两个还是十个单元组成。
“想象一下，如果第一个细胞完成所有的工作，把其他细胞拖在后面;整体性能会下降，”汉内佐说。“但事实并非如此。在列车内，所有的细胞都朝着同一个方向极化。他们的动作是一致的，并且平稳地向前移动。”
换句话说，列车的运行方式就像全轮驱动，而不仅仅是前轮驱动。
下一步，理论家们在他们的模拟中检验了增加通道宽度和细胞簇的效果。与在单个文件中移动的细胞相比，集群要慢得多。解释很简单:聚集在一起的细胞越多，它们之间的碰撞就越多。这些碰撞使它们彼此极化并向相反的方向移动。细胞没有正确排列，这扰乱了运动的流动，极大地影响了整体速度。这一现象也在比利时实验室(体外实验)中观察到。
从效率的角度来看，集群迁移似乎并不理想。然而，该模型预测，当细胞在复杂的地形中导航时，比如在人体中，它也有它的好处。为了验证这一点，科学家们在实验和模拟中都加入了一个死胡同。“细胞群很快就会进入死胡同，但很难改变方向。他们的两极分化是一致的，他们很难同意改变立场，”br
ckner说。“然而在集群中，相当多的细胞已经在另一个方向极化，使得方向的改变更容易。”
自然，问题出现了:细胞什么时候成群移动，什么时候成群移动?答案是，这两种情况都可以在自然界中观察到。例如，一些发育过程依赖于细胞群从一边移动到另一边，而另一些则依赖于小群细胞独立移动。“我们的模型不仅适用于单一过程。相反，它是一个广泛适用的框架，表明将细胞置于具有几何约束的环境中是非常有指导意义的，因为它挑战了它们，并允许我们破译它们之间的相互作用，”Hannezo补充道。
Hannezo小组最近发表的文章表明，细胞通讯以波的形式传播，这是生化信号、物理行为和运动之间的相互作用。科学家们的新模型现在为这些细胞间的相互作用提供了物理基础，可能有助于理解大局。基于这个框架，合作者可以更深入地研究这个过程中涉及的分子参与者。根据br
ckner的说法，这些小细胞序列所揭示的行为可以帮助我们理解大规模的运动，比如在整个组织中看到的运动。
为了更好地理解基本过程，例如，在神经科学、免疫学或遗传学领域，在研究中使用动物是必不可少的。没有其他方法，如计算机模型，可以作为替代。这些动物是根据各自国家的严格规定饲养、饲养和治疗的，研究是在比利时进行的。
