Nature：集體細胞行為的力學生物學

Key Points

• 在體內的許多生物學情況下，包括形態(tài)發(fā)生過程中的組織成形、組織修復和癌癥侵襲，細胞不是作為單個個體移動，而是作為一個集體移動。

• 支持集體動力學的兩個主要機制：極化集體細胞遷移和涉及多細胞肌動球蛋白結構的細胞群的協(xié)調收縮過程。

• 利用微型設備的體外傷口愈合試驗已成為研究集體細胞行為的模型。這種體外方法是實現(xiàn)從分子到多細胞水平的多尺度分析的最重要的方法。

• 與單個細胞相比，集體細胞遷移不僅依賴于與細胞外基質的相互作用，還依賴于與鄰近細胞的相互作用。

• 協(xié)調運動強烈依賴于通過基于機械敏感性鈣粘蛋白的粘附的細胞間相互作用。

• 細胞協(xié)調是一種機械調節(jié)的多尺度過程，整合了分子、細胞和多細胞尺度的事件，它發(fā)生的時間尺度范圍很廣，從毫秒到幾分鐘到幾天。

細胞集體行為的重要性：在發(fā)育、癌癥進展和組織重塑等生物過程中，細胞集體行為依賴于細胞間的相互作用以及細胞與周圍細胞外基質（ECM）的相互作用。

  Figure 1 | Cell movements from single to collective dynamics

集體遷移和細胞重組：集體遷移（如爬行）在發(fā)育過程中至關重要，例如在果蠅和斑馬魚中的遷移。集體細胞重組由整個上皮層的協(xié)調收縮過程驅動，對組織塑形同樣重要。

細胞間的力學耦合：細胞通過細胞-基質和細胞-細胞粘附點的力學耦合來傳遞力量。這些機制由細胞-基質界面和細胞-細胞連接處的力學敏感粘附復合物調控。

細胞環(huán)境的物理屬性：細胞環(huán)境的物理屬性，如基質剛度、拓撲結構、幾何形狀和外部力量的應用，可以改變集體細胞行為、組織結構和細胞產生的力量。

體外模型和物理模型：文章討論了體外模型在多尺度分析（從分子到多細胞水平）中的作用，以及各種物理模型在理解集體細胞行為中的重要性。

細胞運動的機制：包括極化集體細胞遷移和肌動蛋白電纜的協(xié)調收縮性。

細胞-細胞相互作用的角色：細胞間的協(xié)調運動依賴于通過細胞-細胞連接的相互作用。

集體細胞行為中的力量特征：包括細胞對ECM施加的力量以及在細胞間接觸點施加的力量。

細胞耦合的機制：涉及細胞骨架、細胞-ECM和細胞間粘附的分子組件，它們在提供運動所需的力量和細胞間機械耦合中發(fā)揮作用。

物理限制的影響：文章還討論了體外研究中控制環(huán)境對集體細胞動態(tài)的影響，包括外部力量、限制條件、ECM的物理屬性和ECM重塑。