幽閉恐懼症細胞減緩自身生長，形成美麗的同心圓圖案

就像地球上的許多生物體一樣，當細胞經歷坑坑洼窪的擁擠時，它們可能會感到壓力。然而，與大多數其他生命形式不同的是，受到鄰居擁擠造成的身體壓力的細胞可以透過大幅減慢自身生長來緩解壓力，從而形成引人注目的同心圓圖案，從而產生驚人的結果。

透過對分裂細菌菌落進行模擬和建模發現的這一過程在一項新的研究中得到了描述。學習發表於物理評論快報。該研究的主要作者、紐約市熨斗研究所計算生物學中心的研究員 Scott Weady表示，這些發現可能提出了減緩感染或製造過程中有害微生物生長的新方法。

「我確實很驚訝地發現，處於這種機械應力下的細胞可以以這種方式減緩生長，」Weady 說。 「有趣的是，它們形成了這些同心圓，每個環都顯示了它們被鄰居扼殺的程度，最終影響了它們能長到多大。這是一個強大的模式，來自一個非常簡單的規則，而且它只是一些不存在的東西。

Weady 與 Flatiron 研究所研究員 Bryce Palmer、Adam Lamson、Reza Farhadifar 和 Michael Shelley 以及普渡大學的 Taeyoon Kim 共同撰寫了這項研究。

深入研究分裂細胞

韋迪的團隊對生物物理建模感興趣，或者用他的話來說，小規模規則如何控制大規模行為。在這種情況下，他的團隊想要調查，細胞分裂以製造更多自身副本的過程。

該團隊首先採用探索性方法，檢視細菌菌落生長的模擬。一開始，他們正在研究更一般的措施，例如細胞大小調節，但後來開始注意到一種模式。

通常，細胞增殖過程是指數級的：細胞分裂成兩半，而那些後代分裂成兩半，等等，以保持不斷增長的速度。然而，在他們的模擬中，研究小組注意到細胞並沒有像你預期的那樣分裂？

「你從一個，感覺壓力很小或沒有壓力。然後它分裂，這些細胞分裂，靠近中心的細胞受到越來越大的壓力，因為它們受到越來越多的推力，這導致它們的生長減慢，」韋迪說。「所以，當你走向在圓的邊緣，您會得到這些不均勻的應力敏感性帶，表現為同心圓。

這項初步工作是基於粒子模擬，它說明了增殖過程如何在相對較少的細胞中進行。根據這些數據，該團隊開發了所謂的連續體，它估計了該過程如何在極大量的細胞中發揮作用。

「透過粒子模擬，你會看到一些離散的東西？在這種情況下，你會隨著時間的推移追蹤細菌，」韋迪說。 「但是連續體模型的運作方式有所不同，它假設粒子數量非常大，這樣就可以將其表示為連續材料。這有助於我們更好地在更大範圍內研究該過程並了解其魯棒性。

令人興奮的是，研究小組發現他們的連續體模型與他們在粒子模擬中看到的結果非常吻合，這表明他們的預感是正確的：退到角落的細胞會減慢自己的生長，在這個過程中形成一種阻止模式。

掌控細胞生長

細胞增殖具有研究價值，因為它是一個非常基本的過程，而且也因為當增殖的細胞有害時（例如：細菌感染），它們可能會造成有害影響。

「弄清楚這個過程是如何自然調節以及如何控制它非常重要，」韋迪說。 “我們的模型確定可以增強細胞的反應，並且促進這些因素可能會減慢」。

本研究中所發展的模型也可以作為研究其他細胞行為的基礎。

「我認為這個模型對於那些想要研究細胞反應方式的干擾的人來說是一個有用的工具，無論是透過壓力、營養獲取還是其他因素，」Weady 說。 “如何用這樣的模型提出這些問題是非常清楚的，所以我發現它能夠更廣泛地實現什麼是令人興奮的。”

西蒙斯基金會提供