Collective dynamics of coherent motile cells on curved surfaces

曲率 爬行 拓扑(电路) 形态发生 集体行为 曲面(拓扑) 物理 化学 几何学 生物 数学 生物化学 解剖 组合数学 社会学 基因 人类学
作者
Shao‐Zhen Lin,Yue Li,Jing Ji,Bo Li,Xi‐Qiao Feng
出处
期刊:Soft Matter [Royal Society of Chemistry]
卷期号:16 (12): 2941-2952 被引量:28
标识
DOI:10.1039/c9sm02375e
摘要

Cellular dynamic behaviors in organ morphogenesis and embryogenesis are affected by geometrical constraints. In this paper, we investigate how the surface topology and curvature of the underlying substrate tailor collective cell migration. An active vertex model is developed to explore the collective dynamics of coherent cells crawling on curved surfaces. We show that cells can self-organize into rich dynamic patterns including local swirling, global rotation, spiral crawling, serpentine crawling, and directed migration, depending on the interplay between cell-cell interactions and geometric constraints. Increasing substrate curvature results in higher cell-cell bending energy and thus tends to suppress local swirling and enhance density fluctuations. Substrate topology is revealed to regulate both the collective migration modes and density fluctuations of cell populations. In addition, upon increasing noise intensity, a Kosterlitz-Thouless-like ordering transition can emerge on both undevelopable and developable surfaces. This study paves the way to investigate various in vivo morphomechanics that involve surface curvature and topology.
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