守恒型移动边界多物理场框架揭示渗透流与肌动蛋白驱动的细胞迁移之间的非线性耦合

内容形式：摘要译文

细胞迁移将膜转运、细胞内流体运动和肌动蛋白重塑耦合于随细胞变形的边界上。对这一耦合过程进行定量解析，需要准确描述膜单侧的溶质输运以及球状肌动蛋白（G-actin）池与丝状肌动蛋白（F-actin）池之间的守恒转移，因为这些场决定了进入力平衡方程的渗透压和聚合通量。我们开发了一种隐式浸入边界 Stokes–Brinkman 求解器，并将其与锐界面笛卡尔网格对流–扩散求解器耦合；后者在演化的细胞膜上施加 Robin 边界条件，并在同一已接受的几何构型上，通过成对的界面通量推进 F-actin/G-actin 交换。该框架在一次计算中统一求解膜力学、渗透驱动的跨膜水通量、溶质输运、肌动蛋白周转、基底阻力和细胞内对流。长时间测试表明，在持续的界面运动和输运条件下，肌动蛋白总量和溶质总量均保持了优异的守恒性。肌动蛋白计算再现了其对解聚和基底耦合的双相依赖关系，而泵驱动的迁移则产生了相对于细胞向后的胞质流。在完全耦合系统中，这一流动对 G-actin 的重分布作用强于对 F-actin 的作用，并重组膜处的聚合活动与 F-actin 应力，从而改变细胞迁移。匹配对照表明，耦合的肌动蛋白–渗透系统的迁移距离，大于经基线校正后的独立肌动蛋白驱动响应与泵驱动响应之和。这些计算揭示，胞质对流是极化膜转运重组产力肌动蛋白系统并产生非线性迁移响应的一条物理途径。

关键词：细胞迁移 · 多物理场建模 · 渗透流 · 肌动蛋白动力学 · 移动边界 · 守恒数值方法

原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.10.09.757961v1?rss=1