单细胞薄壁模型中推断相对表面弹性模量
摘要：测量单细胞不同位置的细胞壁机械性质的兴趣日益增长。我们提出了一种推理方案，基于跟踪饱脆和松弛的细胞壁轮廓上的材料标记点的位置，将相对表面弹性模量分布映射到细胞壁上。我们的主要方案通过计算材料标记点之间的张力和弹性伸长来推理表面弹性模量的阶跃函数。我们对主要方案进行了稳定性分析，以检验标记点位置的扰动对方案的影响，这些扰动可能是由于图像采集和处理导致的。扰动分析表明，当标记点之间的间距较大时，主要方案对噪声更稳定，并且数值实验也证实了这一点，我们将主要方案应用于具有标记点位置随机噪声的模拟高弹性薄膜变形的合成细胞轮廓中。为了提高带有噪声的主要方案对弹性模量分布的空间分辨率，我们提出了两种优化方案，将弹性模量的阶跃函数推理转换为平滑曲线推理。第一种方案基于相同细胞类型的多个细胞样本的标记点位置推断出一个规范的弹性模量分布。第二种是一种简化且经济效益的方案，它基于单个细胞的标记点位置推断出弹性模量。数值实验表明，第一种方案显著提高了对基础规范弹性模量分布的推理精度，甚至可以在基础弹性模量梯度非线性时捕捉到一定程度的非线性度。第二种经济有效的方案可以一致地预测弹性模量梯度的趋势。
作者：Yaqi Deng, Chaozhen Wei, Rholee Xu, Luis Vidali, Min Wu
论文ID：2205.12044
分类：Biological Physics
分类简称：physics.bio-ph
提交时间：2022-05-26