Geometric confinement guides topological defect pairings and emergent flow in nematic cell populations

拓扑缺陷 配对 拓扑(电路) 物理 人口 分歧(语言学) 活性物质 流量(数学) 几何学 生物 数学 凝聚态物理 机械 超导电性 人口学 组合数学 社会学 语言学 哲学 细胞生物学
作者
Ryo Ienaga,Kazusa Beppu,Yusuke Maeda
出处
期刊:Soft Matter [Royal Society of Chemistry]
被引量:1
标识
DOI:10.1039/d3sm00071k
摘要

Topological defects in nematically aligned cell populations play a critical role in modulating collective motion, from microbial colonies to epithelial tissues. Despite the potential of manipulating such topological defects to control diverse self-organized structures and collective dynamics, defect manipulation in active matter remains an challenging area of research. In this study, we investigated the geometric control of defect positioning and alignment in a nematic cell population by imposing spatial constraints consisting of two or three overlapping circular boundaries. The confined cell population exhibited an ordered pairing of half-integer topological defects that remained stable even when the size of the spatial constraint was altered using geometric parameters. These defects also elicited robust contractile flow that induced a negative divergence in the velocity field of collective motion. Such net contractile flow can contribute to mechanical stimulation on confined cells, as evidenced by the stretched cell nucleus. Our geometry-based approach paves the way for controlling defect pairing, providing a deeper understanding of the interplay among geometry, topology, and collective dynamics.

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