自然界中宏观微观尺度的集群运动是包含软凝聚态物理、非平衡态统计物理和生物物理的高度交叉研究领域，对于我们理解鸟群、鱼群、微生物的运动模式，以及生命体内细胞和生物组织的群体应答行为等具有重大研究价值，如癌细胞的扩散迁移和伤口愈合时的上皮细胞群体扩张等。

近日，光子学与光子技术研究所张策教授、物理学院经光银教授课题组的研究工作揭示了细胞在拥挤环境中通过骨架重构产生胞内应力，进而调控群体细胞的应答行为；发现了一个新的群体细胞响应环境刺激的特征频率。课题组基于SuperLabs活细胞自动实验系统中的活细胞显微成像和自动追踪模块，对细胞单层在动态炎症信号刺激下形态学信息（包括微丝、微管和细胞核）和NF-kB动态进行实时分析，发现与独立生长的细胞不同，在拥挤环境中的群体细胞可以对高频炎症信号做出集群响应。而且，NF-kB信号通路的集群行为与细胞个体的形态学特征变化有着明显的互相关性。

课题组成员进一步将单个细胞从拥挤环境中分离出来，并人工导入与细胞单层中类似的力学信号，发现环境中化学信号与力学信号的协同作用是集群应答行为产生的关键因素。研究结果表明生物组织具备将化学环境信号转化为动态力学信号的能力，这种能力对于调控生物组织中群体细胞的集群应答行为至关重要。

该研究结果为体内的生物组织和群体细胞如何对高于其固有频率（如，NF-kB易位细胞核的固有频率为90分钟每次）的动态环境信号做出响应提供了新机制，增进了对微丝、微管重构引起的胞内力学信号对细胞免疫应答的调控机理的理解，并为未来研发力学信号调控体内细胞和生物组织行为的生物医疗平台奠定了基础。

该成果以“Dynamic Intracellular Mechanical Cues Facilitate Collective Signaling Responses”（动态力学信号调控细胞集群免疫应答行为）为题发表在iScience上。张策教授、经光银教授为本文的通讯作者，课题组博士车丙晨为本文第一作者。

本研究得到了我校光子所白晋涛教授和清华大学生物力学与医学工程研究所冯西桥教授实验室的大力帮助，受国家自然科学基金委国家重大科研仪器研制项目（NSFC51927804）资助。