生物物理学：培養神経前駆細胞ではトポロジカル欠陥が集団運動を制御する

培養幹細胞は、再生医療や発生生物学だけでなく、生物物理学的研究でも標準的なプラットホームになっている。しかし、形態レベルや細胞間の相互作用から生じる巨視的パターンのレベルでの培養幹細胞の特徴付けは、これまでほとんどが定性的な段階にとどまっていた。今回我々は、マウスの培養神経前駆細胞（NPC）の集団運動について報告する。NPCは中枢神経系の細胞を生じる多分化能を持つ幹細胞である。NPCは、低密度ではアメーバ様にランダムに移動するが、高密度では細長く伸びた形状で互いに向きをそろえて配列し、比較的速い速度で移動する。各細胞の運動方向は配列の軸に沿って確率的に反転するが、成体の脳で観察される移動経路においてと同様の長さ規模にまで配列パターンを形成することもできる。培養皿内の配列の二次元秩序は、巻き数が+1/2および−1/2のトポロジカル欠陥（細胞間相互作用の頭尾対称性から生じるネマチック性により半整数）が散在する、液晶のパターンを示す。我々はさらに、+1/2欠陥に急速に細胞が集積し、三次元的なマウンドが形成されることを突き止めた。欠陥の周囲の単一細胞レベルでの画像解析から、速度場や細胞密度変化を定量化することで、細胞は+1/2欠陥に集積するだけでなく、−1/2欠陥から逃避していることも分かった。我々は、異方的な摩擦とアクティブな力場の共存から生じる欠陥の周囲の細胞密度の不安定性についての一般的な機構を提案する。

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