法向与癌细胞主动模型中的剪切效应|||北京沫之东生物技术有限公司

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由被动和主动作用力驱动的生物组织力学性质，在从发育到癌症转移等多种过程中发挥着至关重要的作用。然而，组织中的细胞在受到诸如剪切等机械形变作用下的动力学响应及其相关流变学性质，尚未得到充分表征。在本文中，我们采用正常组织和癌组织的三维基于智能体模型，研究其在简单剪切作用下的响应，并考察这种响应如何依赖于细胞刚度和随机主动作用力。在主动作用力强度均一的正常上皮组织中，屈服应力作为剪切速率的函数，在一定范围的细胞体积分数内遵循 Herschel-Bulkley 形式。引人注目的是，通过适当的标度处理，剪切速率依赖性以及屈服应力随弹性变化的改变都可塌缩到主曲线上。为了模拟类似癌症的行为，我们选取一定比例（$N_p$）的细胞，使其具有增强的活性和降低的刚度。随着 $N_p$ 的增加，细胞集体运动的程度降低，并从仿射（集体）运动过渡到非仿射（个体化）运动，这一发现与成像实验结果一致。对一个半径为 $R_s$、嵌入正常组织中的刚性实体肿瘤模型的模拟表明，随着 $R_s$ 的增加，屈服应力增大。有趣的是，随着 $R_s$ 的增加，细胞呈现出集体迁移。高斯混合模型（GMM）和均场理论能够在定量上解释模拟结果，以及关于癌性、非癌性及两者混合类型的实验结果。这项结合理论与实验的研究确立了：刚度和活性的异质性决定了正常组织和癌组织中的非仿射运动。

发表于 2026 年 8 月 18 日。

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