随着胚胎发育推进，细胞群体通过迁移与增殖不断重塑自身，逐步形成复杂组织结构。细胞并非依赖既定的“解剖模具”生长，而是在不同细胞类型的协同活动中完成组织构建。细胞如何在群体层面实现这一过程，仍存在诸多未解之处。

布朗大学工程师团队在《自然物理学》（Nature Physics）发表的一项研究，聚焦人类上皮细胞在胶原基质中形成球状聚集体后的行为。研究显示，当多细胞球状体被限制在胶原材料中时，会先出现集体旋转，随后细胞群体对周围基质进行重塑，使少数细胞得以从球体边缘向外探出并形成侵袭。

研究人员指出，球状体的初始几何形态与后续侵袭位置存在对应关系。布朗大学工程学院博士后研究员、第一作者金智媛（Jiwon Kim）表示，球状体起初并非完全规则的圆形，而是略呈椭圆或在局部偏离完美球形；细胞往往从更“尖锐”的端点开始向外侵袭，早期形状可提示侵袭的起始区域。

在实验方法上，团队采用悬滴法制备多细胞球状体：将细胞培养液滴置于倒置培养皿盖上，每滴加入约500个人乳腺上皮细胞，随后翻转培养皿使液滴悬挂，细胞逐渐聚集形成近似球形结构。球状体形成后被嵌入模拟体内细胞外基质的胶原材料中。

为追踪细胞运动并测量其施加的力，研究使用带荧光蛋白标记的细胞，通过共聚焦显微镜进行成像；同时在胶原基质中加入微小红色示踪粒子，以观察基质随时间的形变与重排。成像结果显示，球状体嵌入基质约五小时后开始出现集体旋转；约十二小时后，少数“领头”细胞从球体向外侵入胶原基质，形成细胞小束并推动自身穿透外部环境，随后这些细胞束拉长整体结构并带动更多细胞外移。

布朗大学工程副教授、通讯作者黄彦（Ian Y. Wong）称，含有数百个细胞的球状体在胶原基质中出现旋转的现象“非常震撼”。研究团队同时指出，类似的旋转动力学此前在果蝇卵室以及乳腺组织原代细胞中曾被观察到，但旋转之后出现的侵袭过程在该研究所呈现的实验条件下具有新的观察细节。

通过示踪粒子与牵引力显微技术，研究人员进一步解释了侵袭发生的物理基础：细胞在环绕运动过程中会重新配置周围聚合物基质。布朗大学工程学院博士后研究员、第二作者郑贤泰（Hyuntae Jeong）表示，在球状体偏离球形、局部更尖锐的位置，细胞产生的拉力更大；这种拉力会促使包围球状体的胶原纤维发生重塑并呈径向排列，从而为细胞向外移动提供引导。

研究还显示，改变细胞群与外部基质之间的渗透压条件，会影响侵袭模式。在较高渗透压造成的“挤压”环境下，细胞更易被限制在原始球状体内，侵袭过程暂停；在侵袭阶段提高压力则可使已形成的侵袭细胞束回缩至球状体，凸显物理微环境对细胞群体行为的影响。

研究团队表示，这些发现有助于理解组织发育中的群体动力学过程，并为认识癌细胞如何从肿瘤中脱离并向外扩散提供线索。黄彦指出，细胞不仅从彼此获取信号，也会从周围环境接收信息，并能以重要方式重塑环境，细胞与微环境的相互作用值得进一步深入研究。