组织中干细胞分布受力学机制与命运随机性共同塑造

组织中细胞损失的平衡需要对细胞增殖与分化进行精细调控。在由单一细胞类型构成的分化组织中，人们提出，增殖的机械性调控是生长控制与稳态平衡的基础。然而，对于包含不同细胞类型、且这些细胞具有不同增殖速率、机械相互作用及空间自组织能力的组织，如何维持细胞比例的稳健稳态，仍然知之甚少。 在本文中，我们将基于粒子的增殖组织力学模型与经典的干细胞、祖细胞和分化细胞层级结构相结合，这些细胞经历随机性的命运选择，并表明仅凭机械反馈就足以稳定细胞群体。我们通过解析方法和计算方法推导出可能稳定状态的相图，特别是那些分别通过缓慢且稀有的干细胞与短寿命祖细胞，或在不存在干细胞的情况下通过长寿命祖细胞维持的稳定状态。 我们的模拟揭示，在不存在任何黏附编码或外源性生态位信号的情况下，对生长的机械性控制就足以导致稳定的空间结构形成，其中小型干细胞簇会形成并维持动态更新单元。我们的结果表明，在最简随机与力学模拟中，复杂空间结构能够自发涌现，这对于理解多细胞系统的稳态维持具有重要意义。

组织中细胞损失的平衡维持，有赖于细胞增殖与分化之间的精细平衡。在由单一细胞类型构成的分化组织中，已有研究提出，增殖的机械性调控是生长控制与稳态平衡的基础。然而，对于包含不同细胞类型、且这些细胞具有不同增殖速率、机械相互作用和空间自组织特征的组织，如何维持细胞比例的稳健稳态，目前仍知之甚少。

本文将基于粒子的增殖组织力学模型与经典的干细胞、祖细胞和分化细胞层级结构相结合，这些细胞经历随机性的命运选择，并表明仅机械反馈就足以稳定细胞群体。我们通过解析与计算方法推导了可能稳定状态的相图，特别是那些由缓慢且稀有的干细胞与短寿命祖细胞共同维持的状态，或由不存在干细胞但具有长寿命祖细胞所维持的状态。

我们的模拟进一步揭示，在不存在任何黏附编码或外源性生态位信号的情况下，对生长的机械性控制本身就足以导致稳定的空间结构，其中小型干细胞簇的形成与维持构成了动态更新单元。我们的结果表明，在最简随机与力学模拟中，复杂空间结构能够自发涌现，这对于理解多细胞系统的稳态维持具有重要意义。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.10.731353v1?rss=1

🏷️ 干细胞 组织力学 命运随机性 稳态维持 空间自组织 计算建模