在机械生物学中，细胞的力量一直是有限的被认为是增强功能的基础，包括快速迁移。但圣路易斯华盛顿大学麦凯维工程学院的一组研究人员发现，细胞可以产生和使用较小的力，但比产生和使用较大的力的细胞移动得更快，这颠覆了古老的力假设。
机械工程和材料科学教授阿米特·帕塔克（Amit Pathak）的实验室发现，当细胞群粘附在有排列的胶原纤维的柔软表面上时，它们以较小的力移动得更快。细胞一直被认为不断地产生力，因为它们必须克服周围环境的摩擦和阻力才能移动。然而，在有利的环境条件下，这种传统的力需求可以减少，比如排列纤维。他们的研究结果发表在1月9日的《公共科学图书馆计算生物学》上，首次展示了这种集体细胞迁移的活动。
Pathak和他的实验室成员多年来一直在追踪人类乳腺上皮细胞的运动，确定细胞在坚硬的表面上比在柔软的表面上移动得更快，因为它们会被粘在柔软的表面上。他们的研究对癌症转移和伤口愈合具有启示意义。
在这项新研究中，他们发现细胞在排列整齐的胶原纤维上的迁移速度比在随机纤维上快50%以上。此外，他们发现细胞使用排列的纤维作为方向线索来引导它们向扩大群体的方向迁移。
阿姆里特·巴基（Amrit Bagchi）于2022年在帕塔克的实验室获得了麦凯维工程公司（McKelvey engineering）的机械工程博士学位，现在是宾夕法尼亚大学工程机械生物学中心的博士后研究员，他为这项研究付出了巨大的努力。在2019冠状病毒病大流行期间的几个月里，巴奇在能源、环境和化学工程副教授马库斯·福斯特（Marcus Foston）的实验室里制造了一种柔软的水凝胶，然后在医学院用一种特殊的磁铁将纤维对齐，然后将细胞放在上面以跟踪它们的运动。
Bagchi开发了一种多层电机-离合器模型，其中细胞中的动力产生机构充当电机，离合器为细胞提供牵引力。巴格奇熟练地将模型转换为三层细胞——一层是细胞，一层是胶原纤维，一层是下面的定制凝胶——它们彼此沟通。
Bagchi说：“虽然实验结果最初让我们感到惊讶，但它们提供了发展理论模型的动力，以解释这种反直觉行为背后的物理原理。”“随着时间的推移，我们开始理解细胞使用排列纤维作为体验摩擦力的代理，其方式与随机纤维条件有很大不同。我们的模型的矩阵机械传感和传输概念也预测了其他众所周知的集体迁移行为，如趋向性和硬性，为科学家探索和潜在地扩展到其他有趣的细胞迁移表型提供了一个统一的框架。”
张军，张建军，张建军，张建军。基于胞外力传递的超细胞集体迁移模式研究。PLOS计算生物学，2025年1月9日，DOI: https://journals.plos.org/ploscompbiol/article?id=10.1371/journal.pcbi.1012664。
这项工作得到了美国国立卫生研究院（R35GM12876）和美国国家科学基金会（CMMI:154857和CMMI 2209684）的支持。
