研究显示组装成分形状簇的人体细胞

树状分支结构在人体内随处可见，从肺部的支气管系统到向四肢供血的蜘蛛状毛细血管。长期以来，研究人员一直致力于理解构建这些复杂结构所需的细胞信号，但新的研究表明，简单的物理可能发挥了未被重视的作用。

这项研究发表在国家科学院的诉讼程序，表明在某些情况下，人的上皮细胞这一理论解释了悬浮在液体中的粒子的自组装。研究表明，在稀疏密度和少量生长因子培养条件下，细胞呈分形分支簇排列。分形(其中的小部分看起来和整体一样的模式)具有扩散受限聚集预测的几乎精确的维数。

“对我来说，令人愉快的是，你有这种优雅的物理理论，描述了粘性粒子随机移动的聚集，并解释了迁移细胞的行为，”棕色大学工程学院助理教授，高级作者助理教授在纸上。“实际上，细胞是复杂的实体，具有许多方法来发送和接收信号，但在这种情况下，他们似乎遵循与更简单，非生物粒子相同的规则。”

该研究的主要作者、普林斯顿大学(Princeton University)博士后苏珊·e·莱格特(Susan E. Leggett)说，这些发现可以为了解人体分支结构的形成以及其他关键的生物过程提供见解。

“我们认为，这可能会告诉我们一些关于组织形成、伤口愈合、癌症侵袭和其他过程的信息，在这些过程中，移动的细胞组织成多细胞组织，”莱格特说，他当时是布朗大学病理学博士生。

当她开始研究时，Leggett实际上正在考虑一个非常不同的问题。她想了解更多关于Cells在他们自己的行为的情况下了解更多信息，远离邻居的影响。她对被称为下皮的过程感兴趣，其中聚集的上皮细胞过渡到更多的动机间充质细胞。当细胞彼此分离时，过渡趋于发生。

“我对这些低生长因子条件下播种细胞的原始动机是将它们保持在低密度的环境中，因此我们可以研究EMT，”Leggett说。“我们预计细胞将经历这种聚合，这几乎是反向过程。”

低密度培养物中的细胞随机移动，直到它们与另一个电池接触，此时细胞粘在一起并停止移动。研究人员写道，在几天内，聚类细胞将自己组装成长分支结构，该结构是“与扩散限制聚集相关的分形结构，”。

进一步的分析表明，细胞簇的分形尺寸（衡量分支的措施）大约1.7，这正是实验测量的分形尺寸，从理论上预测到扩散限制聚合的粒子。

研究人员说，这些细胞形成的结构与无生命物质如此相似的事实，可能有助于理解分支结构在生物学中如何以及为什么如此突出。

“改善了对这些集体行为的理解，可以进一步使得对编程单元来组装成较大的组织架构的新设计规则，”Wong说。

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