Self-generated gradients steer collective migration on viscoelastic collagen networks

粘弹性 细胞迁移 牵引(地质) 材料科学 电池极性 极性(国际关系) 生物物理学 刚度 化学 细胞 复合材料 生物 生物化学 古生物学
作者
Andrew G. Clark,Ananyo Maitra,Cécile Jacques,Martin Bergert,Carlos Pérez-González,Anthony Simon,Aude Nommick,Alba Diz-Muñoz,Xavier Trepat,R. Voituriez,Danijela Matic Vignjevic
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:21 (10): 1200-1210 被引量:44
标识
DOI:10.1038/s41563-022-01259-5
摘要

Growing evidence suggests that the physical properties of the cellular microenvironment influence cell migration. However, it is not currently understood how active physical remodelling by cells affects migration dynamics. Here we report that cell clusters seeded on deformable collagen-I networks display persistent collective migration despite not showing any apparent intrinsic polarity. Clusters generate transient gradients in collagen density and alignment due to viscoelastic relaxation of the collagen networks. Combining theory and experiments, we show that crosslinking collagen networks or reducing cell cluster size results in reduced network deformation, shorter viscoelastic relaxation time and smaller gradients, leading to lower migration persistence. Traction force and Brillouin microscopy reveal asymmetries in force distributions and collagen stiffness during migration, providing evidence of mechanical cross-talk between cells and their substrate during migration. This physical model provides a mechanism for self-generated directional migration on viscoelastic substrates in the absence of internal biochemical polarity cues. Cell clusters mechanically reorganize viscoelastic collagen networks, resulting in transient gradients in collagen density, alignment and stiffness that promote spontaneous persistent migration.
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