[논문 리뷰] Fluidization of sheet-like tissues by active cell rearrangements

Matej Krajnc, Sabyasachi Dasgupta외 2명|arXiv (Cornell University)|2018. 01. 01.

3D Printing in Biomedical Research인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 세포 접합 기하학을 통해 국소 에너지 장 특성을 인코딩함으로써 활성 T1 이웃 교환 작용이 간판 조직에서 유체화를 이끌어낸다고 제안한다. 3차원 버텍스 모델과 탄성 이론을 사용하여 효과적 점성과 활성 T1 빈도 사이의 척도 관계를 유도하였으며, 간판 관의 평면 내 시편 및 축 방향 압축 조건에서 검증되었다.

ABSTRACT

We theoretically explore fluidization of epithelial tissues by active T1 neighbor exchanges. We show that the geometry of cell-cell junctions encodes important information about the local features of the energy landscape, which we support by an elastic theory of T1 transformations. Using a 3D vertex model, we study tissue response to in-plane shear and we obtain a scaling relation between the effective viscosity and the active-T1 rate, which agrees with the coarse-grained theory. The impact of cell rearrangements on tissue shape is illustrated by axial compression of an epithelial tube.

연구 동기 및 목표

• 활성 세포 재배열이 간판 조직에서 조직 유체화를 어떻게 이끌어내는지 이해하기 위해.
• 세포 접합 기하학이 국소 에너지 장 특성을 어떻게 인코딩하는지 조사하기 위해.
• 활성 T1 빈도와 효과적 조직 점성 사이의 정량적 연관성을 확립하기 위해.
• 기계적 스트레스, 예를 들어 평면 내 시편 및 축 압축에 대한 조직 반응을 모델링하기 위해.
• T1 사건이 3차원 간판 관의 조직 형상 역학에 미치는 영향을 입증하기 위해.

제안 방법

• 간판 조직의 기계적 거동과 세포 재배열을 시뮬레이션하기 위해 3차원 버텍스 모델을 사용하였다.
• 접합 기하학을 통한 에너지 장 특성 인코딩을 기술하기 위해 T1 변환의 탄성 이론을 개발하였다.
• 조직의 륨성 거동을 탐구하기 위해 평면 내 시편을 적용하였다.
• 시뮬레이션 데이터로부터 효과적 점성과 활성 T1 빈도 사이의 척도 관계를 유도하였다.
• 간판 관의 축 압축을 시뮬레이션하여 T1 사건에 의한 형태 변화를 시각화하였다.
• 粗모델 이론을 3차원 버텍스 모델 결과와 대조하여 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 T1 이웃 교환은 간판 조직의 유체화에 어떻게 기여하는가?
• RQ2 세포 간 접합의 기하학은 국소 에너지 장을 어떻게 반영하는가?
• RQ3 조직에서 효과적 점성과 활성 T1 빈도 사이의 척도 관계는 무엇인가?
• RQ4 활성 재배열은 기계적 압축 조건에서 조직 형상에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 粗모델 이론은 3차원 버텍스 시뮬레이션에서 유도된 조직 륨성 거동을 정확하게 기술할 수 있는가?

주요 결과

• 세포 간 접합의 기하학은 T1 전환 기간 동안 국소 에너지 장 특성에 대한 핵심 정보를 인코딩한다.
• 효과적 점성과 활성 T1 빈도 사이의 척도 관계가 유도되었으며, 3차원 버텍스 모델 시뮬레이션을 통해 확인되었다.
• 粗모델 이론은 평면 내 시편 조건에서 조직 륨성 거동을 정확히 예측하여 시뮬레이션 결과와 일치한다.
• 활성 T1 사건은 간판 관의 축 압축 시험을 통해 조직 형상에 상당한 영향을 미친다는 것이 입증되었다.
• T1 변환의 탄성 이론은 접합 기하학과 에너지 장 특성 간의 기계적 연결 고리를 제공한다.
• 모델은 활성 세포 재배열이 일반적으로 고체처럼 행동하는 간판 조직에서 마치 유체처럼 행동하는 행동을 이끌 수 있음을 보여준다.