Parameterizing cell movement when the instantaneous cell migration velocity is ill-defined

Thomas, Gilberto L.; Fortuna, Ismael; Perrone, Gabriel C.; Glazier, James A.; Belmonte, Julio M.; Almeida, Rita Maria Cunha de

doi:10.1016/j.physa.2020.124493

Cited by 13 publications

(26 citation statements)

References 14 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…Só que as células não se comportam bem assim. Recentemente, Thomas e colaboradores [19] analisaram os dados de experimentos mais recentes de 5 laboratórios diferentes, considerando 12 montagens experimentais diversas (tipo celular, meio de cultura, substrato diferentes) e mostraram um desvio no comportamento do MSD previsto para pequenos intervalos de tempo. Os dados mostram uma fase difusiva adcional para intervalos de tempo muito pequenos, o que significa que migração celular não pode ser caracterizada por um termo de velocidade instantânea, como partículas de um fluido.…”

Section: O Fenômenounclassified

“…Os dados mostram uma fase difusiva adcional para intervalos de tempo muito pequenos, o que significa que migração celular não pode ser caracterizada por um termo de velocidade instantânea, como partículas de um fluido. A equação Almeida e20200400-5 usada para fitar o MSD das célulasé a equação de Fürth modificada [19]: A equação de Fürth modificada pode ser re-escalada pela definição de unidades de comprimento e tempo usando os parâmetros P, D e S da equação, de tal maneira que podemos definir tempo e distância em unidades naturais do sistema como…”

Section: O Fenômenounclassified

“…Assim o ajuste das medidas de deslocamento quadrático médio pela equação (5) pode ser visto como um protocolo de medida das grandezas P, D e S, como detalhado na Ref. [19]. Observe que, neste caso, o deslocamento quadrático médio depende apenas doúnico parâmetro restante, S. A Figura 1 mostra a equação de Fürth modificada para diferentes valores de S.…”

Section: O Fenômenounclassified

“…Ajustes como detalhados na Ref. [19]. A linha tracejada correspondeà equação de Fürth original (equação (1)), quando S = 0.…”

Section: Figuraunclassified

“…Assim, em uma ponta os monômeros são acrescidos, mas na ponta oposta a actinaé liberada, voltando a ser monômeros. A orientação das fibras assim formadas depende do ambiente local: devido ao [22], tomando estimativas de velocidades considerando intervalos de tempo finitos δ. Quando δ < S, a função de autocorrelação decai quando ∆τ diminui, indicando um regime difusivo para intervalos de tempo curtos [19].…”

Section: Figuraunclassified

See 4 more Smart Citations

Fenômenos estocásticos em migração celular: teoria, experimentos e simulações

Almeida

Rita²

2021

Rev. Bras. Ensino Fís.

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

Migração celular é um ingrediente importante no desenvolvimento de seres multicelulares e em processos como resposta imunológica ou metástases em câncer. Apresentamos uma revisão sobre modelagem de migração celular de célula isolada sobre substratos planos. Reanálise de dados experimentais mostraram um comportamento que se desvia do modelo canônico, o modelo de Langevin para uma partícula com um movimento Browniano. A proposição de um modelo semiempírico que prevê um comportamento difusivo em escalas de tempo muito curtas, ajusta os dados experimentais mas coloca em cheque a definição usual de velocidade e o correspondente protocolo de medidas. A solução é apresentada sob a forma de um modelo anisotrópico para a migração celular com uma variável interna representando a quebra de simetria espacial da célula em migração. A previsão teórica possibilita a definição de unidades naturais do sistema que resultam no colapso de curvas teóricas e experimentais em uma família de curvas com um só parâmetro. Adicionalmente, discutimos um modelo de simulações para células em três dimensões, que foi validado por comparações quantitativas com dados experimentais, possibilitadas pelo modelo teórico proposto. Estes resultados podem agora ser aplicados para situações mais complexas, que implicam em interações não lineares e requerem soluções numéricas.

show abstract

Section: O Fenômenounclassified

“…Ajustes como detalhados na Ref. [19]. A linha tracejada correspondeà equação de Fürth original (equação (1)), quando S = 0.…”

Section: Figuraunclassified

See 3 more Smart Citations

Fenômenos estocásticos em migração celular: teoria, experimentos e simulações

Almeida

Rita²

2021

Rev. Bras. Ensino Fís.

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

CompuCell3D Simulations Reproduce Mesenchymal Cell Migration on Flat Substrates

Fortuna

Perrone

Krug

et al. 2020

Biophysical Journal

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

Mesenchymal cell crawling is a critical process in normal development, in tissue function, and in many diseases. Quantitatively predictive numerical simulations of cell crawling thus have multiple scientific, medical, and technological applications. However, we still lack a low-computational-cost approach to simulate mesenchymal three-dimensional (3D) cell crawling. Here, we develop a computationally tractable 3D model (implemented as a simulation in the CompuCell3D simulation environment) of mesenchymal cells crawling on a two-dimensional substrate. The F€ urth equation, the usual characterization of meansquared displacement (MSD) curves for migrating cells, describes a motion in which, for increasing time intervals, cell movement transitions from a ballistic to a diffusive regime. Recent experiments have shown that for very short time intervals, cells exhibit an additional fast diffusive regime. Our simulations' MSD curves reproduce the three experimentally observed temporal regimes, with fast diffusion for short time intervals, slow diffusion for long time intervals, and intermediate time -interval-ballistic motion. The resulting parameterization of the trajectories for both experiments and simulations allows the definition of time-and length scales that translate between computational and laboratory units. Rescaling by these scales allows direct quantitative comparisons among MSD curves and between velocity autocorrelation functions from experiments and simulations. Although our simulations replicate experimentally observed spontaneous symmetry breaking, short-timescale diffusive motion, and spontaneous cell-motion reorientation, their computational cost is low, allowing their use in multiscale virtual-tissue simulations. Comparisons between experimental and simulated cell motion support the hypothesis that short-time actomyosin dynamics affects longertime cell motility. The success of the base cell-migration simulation model suggests its future application in more complex situations, including chemotaxis, migration through complex 3D matrices, and collective cell motion.

show abstract