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发现揭示无牵引自推进是可能的

时间：2022-03-21 09:25:06 来源：

爬行是一种众所周知的在表面上运动的机制，但对于组织在其中必须通过微小间隙挤压的组织中的快速迁移无效。相比之下，无牵引自推进非常适合该目的。

在2019年12月13日发表在《物理评论快报》上的一篇文章中，布里斯托尔的科学家回答了一个基本问题：“是否有可能在不向环境施加压力的情况下移动？”通过描述活性物质的无牵引自推进。

对于生物学家和物理学家而言，了解细胞如何自主移动都是一个基本问题。

通常通过在显微镜下观察载玻片上细胞的运动来进行细胞运动性实验。

在这些条件下，观察到细胞在表面“爬行”。爬行很容易理解：细胞将自身附着在表面上，并利用这些锚点将自身向前推动（就像在地面上爬行一样）。但是，体内细胞在复杂的3D环境中移动时，爬行效率非常低。

布里斯托尔数学学院的科学家发现了一种不同的推进机制，特别适合组织中的细胞运动-一种不依赖于通过锚定点传递力的机制。

主动降落的无牵引自推进。带有主动应力aij = ninjσ的液−α滴以速度V推动自身（此处为向右），由公式E给出。（1），在基材上不施加任何切向牵引力（局部边缘除外：此局部牵引力仅是由于表面张力起到了保持液滴形状的作用）。缠绕数（ω定义为在液滴高度上指向矢n（绿色棒）的四分之一圈的数量）控制着液滴内部流体循环单元的数量。基准的共同移动框架中的内部速度曲线（蓝色箭头）为ux −=ωπ Vcos（z / H），其中z为距基板的距离，并产生了踩踏式运动。对于// = 2所获得的解ω也允许在有限的几何形状中进行推进。

他们发现，如果像细胞那样由“活动”物质构成，则没有牵引力的自推进（对周围环境的局部力）是可能的。他们描述了一滴活性物质如何能够在狭窄的通道中向前移动，而又不对其周围的壁施加任何力。

第一作者，Aurore Loisy博士说：无牵引运动是非常违反直觉的。当我们意识到不仅是可能的，而且为与组织中的细胞运动同样重要的问题提供了合理的解释时，我们感到非常兴奋。

“此外，这种无牵引力的自我推进的部分美在于事实，它是通过非同寻常且非同寻常的简单性的解析解决方案来描述的。由于描述活性物质的方程的复杂性（非线性），我们没想到最终会得到如此简单的结果！”

活性物质是生物学中普遍存在的一种特殊物质，其中代谢能不断转化为机械能。这种在内部整体产生机械力的能力使液滴可以移动而无需在其边界（壁）上施加力。

路易斯博士补充说：“一滴活性物质通过微小的间隙移动是了解组织中细胞运动性的最小模型，组织是拥挤的环境，具有复杂的几何形状。

“我们发现的机制为细胞在这些环境中如何运动这一悬而未决的问题提供了可能的解释。这种运动能力对于活生物体的多种生理过程至关重要，包括免疫反应和伤口愈合，而其失调是癌症扩散（转移）的关键。”

下一步是在专门设计的微通道中使用一滴细胞提取物，通过实验观察这种现象。

参考：Aurore Loisy，Jens Eggers和Tanniemola B.Liverpool撰写的“主动滴剂的无牵引式自我推进”，2019年12月13日，《物理评论快报》。DOI：
10.1103 / PhysRevLett.123.248006


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