摘要：一项新的研究将数学建模与高级成像集成在一起，发现果蝇卵室的物理形状与化学信号相结合，显着影响细胞的移动方式。细胞迁移对于伤口愈合，免疫反应和癌症转移至关重要，因此该工作有可能进步一系列医疗治疗。...

想象一下，在化学信号和环境的物理景观的指导下，细胞通过复杂的迷宫导航。巴尔的摩县马里兰州大学（UMBC）的一组研究人员为细胞如何通过这种迷宫的人体组织移动或迁移，使用果蝇作为模型系统做出了重要发现。潜在的影响包括更好地了解癌症等疾病和进步医疗治疗。

发表在Iscience该小组的研究结合了生物学实验和数学，以揭示对细胞迁移的新见解。通过将数学建模与高级成像整合在一起，团队发现，卵室的物理形状与称为趋化剂的化学信号结合，显着影响细胞的移动方式。

UMBC数学家和合着者Brad Peercy说：“本文以数学框架与实验设计之间的紧密合作为跨学科的重点。” “结果促进了化学吸引剂的复杂分布可以解释迁移运动的特定变化的观念。”

Peercy的热情突出了该研究的创新方法，该方法将精确的数学模型与现实世界的生物学实验融合在一起，以发现以前不可见的模式。

跟随面包屑

该团队的工作集中在边界细胞上，边界细胞是一种果蝇卵室中的一种细胞，这是一个模型系统，用于研究细胞迁移，因为它们与人类发育和疾病的过程相似。该小组发现，正如先前的模型所建议的那样，边界细胞的运动不仅是由于从卵室的一端不断增加的化学浓度驱动的。取而代之的是，组织的物理结构 - 狭窄的管子与较大的间隙交替 - 起着关键作用。

“这是我们第一次表征这些迁移行为的模式与组织几何形状的各个方面相关，”填写博士学位的生物学家亚历克斯·乔治（Alex George）解释说。在2024年，在UMBC，将在几周内在达特茅斯的盖塞尔医学院开始博士后研究金。他将迁移过程比作面包屑穿过森林之后到汉塞尔和格雷特尔（Hansel）和格雷特尔（Gretel）：在平坦的平原上，这条小径清晰，但是在带有山沟和山谷的景观中，面包屑以意想不到的方式池，使小路变得复杂。

为了理解这一点，合着者Naghmeh Akhavan完成了博士学位。在今年春季在UMBC的数学中，开发了数学模型，这些模型模拟了细胞如何一起对化学信号和组织几何形状响应。她说：“亚历克斯的实验表明，速度并不是先前模型显示的方式。”她的模型表明，细胞在狭窄的管子中加速，并在较大的间隙中放慢速度，这种模式由乔治的成像证实。

两种方法 - 湿LAB实验和建模 - 为工作带来了独特的优势。乔治说，将它们放在一起“就像从两个不同的角度揭示了看不见的东西。” “我的实验将完善她的模型，她的模型将完善我的实验。”

然后，“当我们的模型准确地展示了Alex在他的实验中发现的东西时，我们喜欢它。” Akhavan补充说。

新策略，新发现

该研究的更广泛的影响在于它有可能为领域提供发展生物学以外的潜力。细胞迁移在伤口愈合，免疫反应和癌症转移等过程中至关重要。

UMBC生物学家和合着者Michelle Starz-Gaiano解释说：“大多数关于细胞如何仅专注于化学信号或仅在结构性信号上的研究，因此这是最早考虑这两件事如何相互影响的研究之一，在许多情况下这可能是相关的。”通过显示组织几何形状和化学信号如何相互作用，该研究可以指导通过药物治疗控制细胞运动的新策略。

该团队的工作不断发展，包括在弗吉尼亚州Janelia Research Campus的高级成像中心进行的最新实验，乔治在那里使用专业显微镜捕获了相关的趋化剂的先前看不见的动态。这些发现将进一步完善团队的模型，为研究开辟新途径。

Starz-Gaiano说：“我们正在制定有关生物学和数学方面的新实验策略，因此，看到这将带我们接下来将是令人兴奋的。”