[论文解读] Fluidization of sheet-like tissues by active cell rearrangements

Matej Krajnc, Sabyasachi Dasgupta+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2018

3D Printing in Biomedical Research被引用 1

一句话总结

本文提出，通过细胞连接几何结构编码局部能量景观特征，主动T1邻居交换驱动上皮组织的流体化。利用三维顶点模型和弹性理论，推导出有效粘度与主动T1速率之间的标度关系，并在上皮管的面内剪切和轴向压缩下得到验证。

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.

研究动机与目标

• 理解主动细胞重排如何驱动上皮组织的流体化。
• 研究细胞连接几何结构如何编码局部能量景观的特征。
• 建立主动T1速率与有效组织粘度之间的定量关联。
• 模拟组织在机械应力（如面内剪切和轴向压缩）下的响应。
• 展示T1事件对三维上皮管组织形状动力学的影响。

提出的方法

• 采用三维顶点模型模拟上皮组织的力学行为和细胞重排。
• 建立T1转变的弹性理论，通过连接几何结构描述能量景观编码。
• 施加面内剪切以探测组织的流变响应。
• 从模拟数据中推导出有效粘度与主动T1速率之间的标度关系。
• 模拟上皮管的轴向压缩，以可视化T1事件引起的形态变化。
• 将粗粒化理论与三维顶点模型结果进行对比验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 T1邻居交换如何促进上皮组织的流体化？
• RQ2 细胞-细胞连接的几何结构如何反映局部能量景观？
• RQ3 组织中有效粘度与主动T1速率之间的标度关系是什么？
• RQ4 主动重排如何影响机械压缩下的组织形状？
• RQ5 粗粒化理论能否准确描述源自三维顶点模拟的组织流变行为？

主要发现

• 细胞-细胞连接的几何结构在T1转变过程中编码了关于局部能量景观的关键信息。
• 推导并验证了有效粘度与主动T1速率之间的标度关系，基于三维顶点模型模拟。
• 粗粒化理论准确预测了面内剪切下的组织流变行为，与模拟结果一致。
• 主动T1事件显著改变组织形状，通过上皮管的轴向压缩实验得以证实。
• T1转变的弹性理论为连接几何结构与能量景观特征提供了机制性联系。
• 该模型表明，主动细胞重排可使原本呈固态特性的上皮组织表现出流体样行为。