En ny beräkningsmodell utvecklad av forskare från The City College i New York och Yale ger en tydligare bild av mjukens struktur och mekanik, formförändrande celler som kan ge en bättre förståelse för cancertumörtillväxt, sårläkning, och embryonal utveckling.

Mark D. Shattuck, professor i fysik vid City College Benjamin Levich Institute, och forskare på Yale utvecklade den nya effektiva beräkningsmodellen. Det tillåter simulerade partiklar att realistiskt ändra form samtidigt som volymen bevaras under interaktioner med andra partiklar. Deras resultat visas i den senaste upplagan av Fysiska granskningsbrev .

Utveckla datasimuleringar av partiklar, såsom sandkorn och kullager, är enkelt eftersom de inte lätt ändrar form. Att göra samma sak för celler och andra deformerbara partiklar är svårare, och de beräkningsmodeller som forskare använder för närvarande fångar inte exakt hur mjuka partiklar deformeras.

Beräkningsmodellen utvecklad av Shattuck och huvudutredare från Yale, Corey O'Hern, spårar punkter på ytorna på polygonala celler. Varje ytpunkt rör sig oberoende, i enlighet med omgivningen och närliggande partiklar, låta partikelns form förändras. Det är mer beräkningskrävande än nuvarande simuleringar, men nödvändigt för att korrekt modellera partikeldeformation.

"Vi har nu en effektiv och exakt beräkningsmodell för att undersöka hur diskret, deformerbara partiklar packar, "Sade Shattuck. Det gör det också möjligt för forskare att enkelt justera cell-cellinteraktioner, överväga riktad rörelse, och kan användas för både 2-D och 3-D system.

Ett oväntat resultat från modellen visar att deformerbara partiklar måste avvika från en sfär med mer än 15% för att fylla ett utrymme helt.

"I vår nya modell, om inget yttre tryck appliceras på systemet, partiklarna är sfäriska, "O'Hern sa." När trycket ökar, partiklarna deformeras, öka bråkdelen av utrymmet som de upptar. När partiklarna fyller utrymmet helt, de kommer att deformeras 15%. Oavsett om det är bubblor, droppar, eller celler, det är ett universellt resultat för mjuk, partikelsystem. "

Bland andra applikationer, denna teknik kan ge forskare ett nytt verktyg för att undersöka hur cancertumörer metastaserar. "Vi kan nu skapa realistiska modeller för packning av celler i tumörer med hjälp av datasimuleringar, och ställ viktiga frågor, t.ex.