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The role of fluctuations and stress on the effective viscosity of cell aggregates

机译:波动和应力对细胞聚集体有效粘度的作用

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摘要

Cell aggregates are a tool for in vitro studies of morphogenesis, cancer invasion, and tissue engineering. They respond to mechanical forces as a complex rather than simple liquid. To change an aggregate's shape, cells have to overcome energy barriers. If cell shape fluctuations are active enough, the aggregate spontaneously relaxes stresses ("fluctuation-induced flow"). If not, changing the aggregate's shape requires a sufficiently large applied stress ("stress-induced flow"). To capture this distinction, we develop a mechanical model of aggregates based on their cellular structure. At stress lower than a characteristic stress τ~*, the aggregate as a whole flows with an apparent viscosity η~*, and at higher stress it is a shear-thinning fluid. An increasing cell-cell tension results in a higher η~* (and thus a slower stress relaxation time t_c). Our constitutive equation fits experiments of aggregate shape relaxation after compression or decompression in which irreversibility can be measured; we find t_c of the order of 5 h for F9 cell lines. Predictions also match numerical simulations of cell geometry and fluctuations. We discuss the deviations from liquid behavior, the possible overestimation of surface tension in parallel-plate compression measurements, and the role of measurement duration.
机译:细胞聚集体是用于体外研究形态发生,癌症侵袭和组织工程的工具。它们对机械力的反应是复杂而不是简单的液体。为了改变聚集体的形状,细胞必须克服能量障碍。如果单元格形状的波动足够活跃,则聚集体会自发地缓解应力(“波动引起的流动”)。如果不是,则改变集料的形状需要足够大的施加应力(“应力引起的流动”)。为了捕获这种区别,我们基于聚集体的细胞结构开发了机械模型。在低于特征应力τ〜*的应力下,骨料整体上以表观粘度η〜*流动,而在更高的应力下,其为剪切稀化流体。增大的单元格张力导致更高的η〜*(并因此导致更慢的应力松弛时间t_c)。我们的本构方程适合压缩或减压后聚集体形状松弛的实验,其中可以测量不可逆性。我们发现F9细胞系的t_c约为5小时。预测还与单元格几何形状和波动的数值模拟相匹配。我们讨论了液体行为的偏差,平行板压缩测量中表面张力的可能高估以及测量持续时间的作用。

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  • 来源
  • 作者单位

    Laboratoire de Spectrometrie Physique, Unite Mixte de Recherche 5588, Universite Grenoble I and Centre National de la Recherche Scientifique, 140 Avenue de la Physique, F-38402 Martin d'Heres Cedex, France;

    Laboratoire Materiaux et Phenomenes Quantiques, Centre National de la Recherche Scientifique, Unite Mixte de Recherche 5586, Universite de Lyon, Universite Lyon 1, 43 Boulevard du 11 novembre 1918, F-69622 Villeurbanne Cedex, France;

    Laboratoire de Spectrometrie Physique, Unite Mixte de Recherche 5588, Universite Grenoble I and Centre National de la Recherche Scientifique, 140 Avenue de la Physique, F-38402 Martin d'Heres Cedex, France;

    Laboratoire Materiaux et Phenomenes Quantiques, Centre National de la Recherche Scientifique, Unite Mixte de Recherche 5586, Universite de Lyon, Universite Lyon 1, 43 Boulevard du 11 novembre 1918, F-69622 Villeurbanne Cedex, France;

    Laboratoire Materiaux et Phenomenes Quantiques, Centre National de la Recherche Scientifique, Unite Mixte de Recherche 5586, Universite de Lyon, Universite Lyon 1, 43 Boulevard du 11 novembre 1918, F-69622 Villeurbanne Cedex, France;

    Laboratoire de Spectrometrie Physique, Unite Mixte de Recherche 5588, Universite Grenoble I and Centre National de la Recherche Scientifique, 140 Avenue de la Physique, F-38402 Martin d'Heres Cedex, France;

    Institut des Neurosciences Grenoble, Institute National de la Sante et de la Recherche Medicale U836, Chemin Fortune Ferrini, BP 170, F-38042 Grenoble Cedex 9, France;

    Theoretical Biology/Bioinformatics, Utrecht University, Padualaan 8, 3584 CH Utrecht, The Netherlands;

    Laboratoire de Spectrometrie Physique, Unite Mixte de Recherche 5588, Universite Grenoble I and Centre National de la Recherche Scientifique, 140 Avenue de la Physique, F-38402 Martin d'Heres Cedex, France Biologie du Developpement,Unite Mixte de Recherche 3215 Institut Curie and Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale U934, 26 Rue d'Ulm, F-75248 Paris Cedex 05, France;

    Laboratoire Materiaux et Phenomenes Quantiques, Centre National de la Recherche Scientifique, Unite Mixte de Recherche 5586, Universite de Lyon, Universite Lyon 1, 43 Boulevard du 11 novembre 1918, F-69622 Villeurbanne Cedex, France;

  • 收录信息 美国《科学引文索引》(SCI);美国《生物学医学文摘》(MEDLINE);美国《化学文摘》(CA);
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
  • 中图分类
  • 关键词

    cellular Potts model; statistical model; surface tension;

    机译:细胞Potts模型;统计模型;表面张力;
  • 入库时间 2022-08-18 00:42:04

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