融合上皮中增殖接触抑制动力学与结构有序性的建模

增殖接触抑制（contact inhibition of proliferation，CIP）使上皮组织能够自我调节生长并维持组织稳态。然而，细胞尺度的机械接触、组织尺度的结构有序性以及增殖动力学之间如何相互作用，仍然是活性物质物理学中的一个基本悬而未决问题。在此，我们提出了一个基于粒子的汇合上皮单层模型，该模型由过阻尼动力学支配，其中单个细胞通过二维硬核–软肩势相互作用。通过将准静态致密化过程中的结构演化与此前报道的实验增殖动力学进行比较，我们发现，增殖停滞的动力学特征与壳层硬核之间直接发生排斥性接触的起始过程相似。鉴于硬核接触是CIP的物理驱动因素，我们将机械模型与一种随机蒙特卡罗分裂方案相耦合：随着硬核接触数从0增加至6，瞬时分裂速率会从其内禀值逐渐降低至零。我们证明，当内禀分裂速率较高时，细胞致密化的速度超过机械松弛速度。这种动力学失配促使硬核接触提前形成，使堵塞和接触抑制的起始点移向更低的堆积分数，并在组织最终普遍趋于六方最密堆积极限之前，诱导出越来越无序的瞬态构型。我们的模型所预测的分裂动力学和结构有序性演化与上皮单层实验结果相一致，包括已有报道的实验结果和我们自身获得的实验结果。该最小物理框架将单细胞尺度的排斥性接触力学直接联系到组织尺度的生长调控与结构演化。

增殖接触抑制（contact inhibition of proliferation，CIP）使上皮组织能够自我调节生长并维持组织稳态。然而，细胞层面的机械接触、组织尺度的结构有序性与增殖动力学之间如何相互作用，仍是活性物质物理学中的一个基本未解问题。在此，我们提出了一个基于粒子的汇合上皮单层模型，该模型受过阻尼动力学支配，其中单个细胞通过二维硬核–软肩势相互作用。通过将准静态致密化过程中的结构演化与先前报道的实验性细胞分裂动力学进行比较，我们发现，增殖停止的动力学过程类似于壳层硬核之间直接发生立体接触的起始过程。鉴于硬核接触是CIP的物理驱动因素，我们将机械模型与一种随机蒙特卡罗分裂方案相耦合：随着硬核接触数目由零增加至六个，瞬时分裂速率从其内禀值逐渐降低至零。我们证明，对于较高的内禀分裂速率，细胞致密化的速度超过了机械松弛的速度。这种动力学失配促使硬核接触提前形成，使堵塞和接触抑制的起始点移向更低的堆积率，并在组织最终普遍收敛至六方最密堆积极限之前，诱导出日益无序的瞬态构型。模型所预测的分裂动力学和结构有序性演化与上皮单层实验结果一致，包括已有报道的实验结果以及我们自行开展的实验结果。该最简物理框架将单细胞立体接触力学与组织尺度的生长调控和结构演化直接联系起来。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.26.747344v1?rss=1

🏷️ 上皮组织 接触抑制 细胞增殖动力学 活性物质物理学 粒子模型 组织结构有序性