正如LMU物理学家最新发表的一项研究那样，活性物质，如细菌或上皮细胞的集合，如何设法扩展到狭窄的空间，很大程度上取决于它们的生长动力学。活性物质的生物形式，如细菌生物膜或上皮细胞薄片，通常存在于有限的微空间中。弄清楚这些系统是“如何通过入侵新的领地来殖民周围环境”并扩展范围的，这将增强我们对在高等生物体中观察到许多正常功能和疾病状态的理解。
在与Amin Doostmohammadi博士(牛津大学)的合作下，LMU物理学家Felix Kempf和Erwin Frey教授现在借助计算机模拟证明：细胞群体在接近和通过局部收缩时表现出各种运动模式，所采用的模式取决于在组合前沿发展的活动动力水平，这一发现发现在表在《软物质》期刊上。以前的几份出版物曾提出，生物物质的集体运动受到这些系统所处环境性质的影响。特别是，用上皮细胞和细菌细胞以、由分离细胞内生物长丝、分子马达组成的混合物进行体外实验表明，空间边界对运动性有显著的影响。
到目前为止，这种类型研究主要集中在所使用障碍物的形状和相关粒子运动活动之间的相互作用上。然而，在大多数这些系统中，粒子的数量不恒定。在自然条件下，上皮细胞或细菌细胞以规则的间隔分裂，当被限制在毛细管中时，它们形成前进的入侵前沿。因此，为了理解这些模式是如何形成和演化的，有必要考虑到这些系统的生长动力学，Kempf和同事使用计算机模拟来探索这个因素的影响。观察到了三种根本不同的入侵模式，可以根据生长系统的整体活动和入侵前沿在接近收缩时的行为来区分这三种模式。
如果活动水平较低，则入侵锋面在以恒定速度前进时保持其平滑和清晰的轮廓。在较高水平的活动中，前沿呈现出不规则的轮廓。最后，一旦活动水平超过一定的阈值，小细胞群就会从前进的前沿分离出来，然后可以通过狭窄的缝隙蠕动前进。模拟还使研究人员能够描述随着入侵锋面演变而观察到驱动转变的过程，并量化它们对细胞进入越来越有限空间速度的影响。这些发现对活性物质的理解做出了重大贡献，并具有几个可以在未来实验中检验的含义。
博科园｜研究/来自：慕尼黑路德维希马克西米利安大学
参考期刊《软物质》
DOI: 10.1039/C9SM01210A
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