1。熱力学と自己組織化： 細胞と組織は、自由エネルギーを最小限に抑える傾向がある熱力学システムと見なすことができます。この原理は、細胞の並べ替えや組織形成などのプロセスを促進します。ここでは、システムの全体的な自由エネルギーを減らす方法で細胞がアレンジされます。
2。パターンの形成と対称性破壊： セルは、その配置にパターンと対称性を示すことができます。これらのパターンは、細胞がその挙動を調整し、特定の細胞タイプに区別する物理的相互作用とシグナル伝達メカニズムから生じます。初期対称状態が非対称パターンを生じさせる対称性破壊は、組織の形態形成と発達に重要です。
3。接着と微分並べ替え： 細胞は、さまざまな接着分子を介して互いに相互作用し、細胞外環境と相互作用します。細胞が互いに異なる親和性を持っている場合、微分接着は、細胞の並べ替えと異なる細胞集団の形成を駆動します。細胞間の選択的接着は、空間組織と組織の集合を決定します。
4。接触抑制と機械的力： 接触抑制は、細胞が他の細胞と接触すると、細胞が移動して分裂するのを止める現象です。この挙動は、細胞相互作用と組織の成長によって生成される機械的な力と相まって、細胞の並べ替えと組織の形態形成に影響を与えます。
5。走化性と勾配： 細胞は、環境の化学勾配に反応し、特定のシグナル伝達分子に向かってまたは離れることができます。走化性は、発達中の細胞移動と組織化された構造の形成を導く上で重要な役割を果たします。
6。反応拡散システムとチューリングパターン： 化学反応と拡散プロセスの相互作用を含む反応拡散システムは、複雑なパターンを生成できます。数学者アランチューリングにちなんで名付けられたチューリングパターンは、発達中に細胞が正規パターンを形成する方法を説明できる特定のタイプの反応拡散システムです。
これらの物理学の原則を適用することにより、科学者は、細胞の自己解と組織形成の根底にあるメカニズムの理解に大きな進歩を遂げました。これらの原則に基づいた数学的モデリングと計算シミュレーションは、開発中の細胞システムのダイナミクスと自己組織化に関する洞察も提供しています。
