Active matter invasion
Source abstract
Abstract
Biologically active materials such as bacterial biofilms and eukaryotic cells thrive in confined micro-spaces. Here, we show through numerical simulations that confinement can serve as a mechanical guidance to achieve distinct modes of collective invasion when combined with growth dynamics and the intrinsic activity of biological materials. We assess the dynamics of the growing interface and classify these collective modes of invasion based on the activity of the constituent particles of the growing matter. While at small and moderate activities the active material grows as a coherent unit, we find that blobs of active material collectively detach from the cohort above a well-defined activity threshold. We further characterise the mechanical mechanisms underlying the crossovers between different modes of invasion and quantify their impact on the overall invasion speed.
Source: openalex_inverted_index · Quality: candidate unverified · Source record ↗
Research context
OpenAlex topics: Micro and Nano Robotics · Cellular Mechanics and Interactions · Cancer Research and Treatments
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
Affiliations
Arnold Sommerfeld Center for Theoretical Physics and Center for NanoScience
Department of Physics
Ludwig-Maximilians-Universität München – Theresienstr. 37
D-80333 Munich
Germany
The Rudolf Peierls Centre for Theoretical Physics – Clarendon Laboratory
Parks Road
Oxford
UK
Funding
Royal Commission for the Exhibition of 1851 · Deutsche Forschungsgemeinschaft · Schweizerischer Nationalfonds zur Förderung der Wissenschaftlichen Forschung
References (77)
Show source-provided references
1. Clark · Curr. Opin. Cell Biol. · 2015 · 36 · 1310.1016/j.ceb.2015.06.004 ↗
2. Staneva · J. Cell Sci. · 2019 · 132 · jcs.22027710.1242/jcs.220277 ↗
3. Wu · Quant. Biol. · 2015 · 3 · 19910.1007/s40484-015-0057-7 ↗
4. Even · Adv. Colloid Interface Sci. · 2017 · 247 · 57310.1016/j.cis.2017.07.026 ↗
5. Hartmann · Nat. Phys. · 2018 · 15 · 25110.1038/s41567-018-0356-9 ↗
6. Yang · Biotechnol. Adv. · 2010 · 28 · 53110.1016/j.biotechadv.2010.04.002 ↗
7. Gritsenko · J. Pathol. · 2011 · 226 · 18510.1002/path.3031 ↗
8. Weigelin · IntraVital · 2012 · 1 · 3210.4161/intv.21223 ↗
9. Hall-Stoodley · Nat. Rev. Microbiol. · 2004 · 2 · 9510.1038/nrmicro821 ↗
10. Conrad · Annu. Rev. Chem. Biomol. Eng. · 2018 · 9 · 17510.1146/annurev-chembioeng-060817-084006 ↗
11. Vedula · Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. · 2012 · 109 · 1297410.1073/pnas.1119313109 ↗
12. Marel · Biophys. J. · 2014 · 107 · 105410.1016/j.bpj.2014.07.017 ↗
13. Marel · New J. Phys. · 2014 · 16 · 11500510.1088/1367-2630/16/11/115005 ↗
14. Yang · Sci. Rep. · 2016 · 6 · 2270710.1038/srep22707 ↗
15. Gauquelin · Soft Matter · 2019 · 15 · 279810.1039/C9SM00105K ↗
16. Duclos · Nat. Phys. · 2017 · 13 · 5810.1038/nphys3876 ↗
17. Duclos · Nat. Phys. · 2018 · 14 · 72810.1038/s41567-018-0099-7 ↗
18. Wioland · New J. Phys. · 2016 · 18 · 07500210.1088/1367-2630/18/7/075002 ↗
19. Conrad · Annu. Rev. Chem. Biomol. Eng. · 2018 · 9 · 17510.1146/annurev-chembioeng-060817-084006 ↗
20. Suzuki · Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. · 2017 · 114 · 292210.1073/pnas.1616001114 ↗
21. Wu · Science · 2017 · 355 · eaal197910.1126/science.aal1979 ↗
22. Wioland · Phys. Rev. Lett. · 2013 · 110 · 26810210.1103/PhysRevLett.110.268102 ↗
23. J. Hardoüin , R.Hughes , A.Doostmohammadi , J.Laurent , T.Lopez-Leon , J. M.Yeomans , J.Ignés-Mullol and F.Sagués , 2019, arXiv:1903.01787
24. Opathalage · Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. · 2019 · 116 · 478810.1073/pnas.1816733116 ↗
25. Brun-Cosme-Bruny · J. Chem. Phys. · 2019 · 150 · 10490110.1063/1.5081507 ↗
26. Alonso-Matilla · Phys. Rev. Fluids · 2019 · 4 · 04310110.1103/PhysRevFluids.4.043101 ↗
27. Wensink · Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. · 2012 · 109 · 1430810.1073/pnas.1202032109 ↗
28. Thampi · Philos. Trans. R. Soc., A · 2014 · 372 · 2013036610.1098/rsta.2013.0366 ↗
29. Giomi · Phys. Rev. X · 2015 · 5 · 031003
30. James · Phys. Rev. Fluids · 2018 · 3 · 06110110.1103/PhysRevFluids.3.061101 ↗
31. Bratanov · Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. · 2015 · 112 · 1504810.1073/pnas.1509304112 ↗
32. Elgeti · Soft Matter · 2011 · 7 · 317710.1039/c0sm01097a ↗
33. Giomi · Phys. Rev. Lett. · 2013 · 110 · 22810110.1103/PhysRevLett.110.228101 ↗
34. Giomi · Philos. Trans. R. Soc., A · 2014 · 372 · 2013036510.1098/rsta.2013.0365 ↗
35. Saw · Nature · 2017 · 544 · 21210.1038/nature21718 ↗
36. Tarle · Phys. Biol. · 2017 · 14 · 03500110.1088/1478-3975/aa6591 ↗
37. Blow · Phys. Rev. Lett. · 2014 · 113 · 24830310.1103/PhysRevLett.113.248303 ↗
38. Marenduzzo · Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys. · 2007 · 76 · 03192110.1103/PhysRevE.76.031921 ↗
39. Aditi Simha · Phys. Rev. Lett. · 2002 · 89 · 05810110.1103/PhysRevLett.89.058101 ↗
40. Thampi · Phys. Rev. Lett. · 2013 · 111 · 11810110.1103/PhysRevLett.111.118101 ↗
41. DeCamp · Nat. Mater. · 2015 · 14 · 111010.1038/nmat4387 ↗
42. Cortese · Phys. Rev. E · 2018 · 97 · 02270410.1103/PhysRevE.97.022704 ↗
43. Doostmohammadi · Nat. Commun. · 2018 · 9 · 324610.1038/s41467-018-05666-8 ↗
44. Sanchez · Nature · 2012 · 491 · 43110.1038/nature11591 ↗
45. Bittig · New J. Phys. · 2008 · 10 · 06300110.1088/1367-2630/10/6/063001 ↗
46. Duclos · Soft Matter · 2014 · 10 · 234610.1039/C3SM52323C ↗
47. Doostmohammadi · Soft Matter · 2015 · 11 · 732810.1039/C5SM01382H ↗
48. Volfson · Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. · 2008 · 105 · 1534610.1073/pnas.0706805105 ↗
49. Voituriez · EPL · 2005 · 70 · 40410.1209/epl/i2004-10501-2 ↗
50. Edwards · EPL · 2009 · 85 · 1800810.1209/0295-5075/85/18008 ↗
51. Shendruk · Soft Matter · 2017 · 13 · 385310.1039/C6SM02310J ↗
52. Doostmohammadi · Nat. Commun. · 2017 · 8 · 1532610.1038/ncomms15326 ↗
53. Norton · Phys. Rev. E · 2018 · 97 · 01270210.1103/PhysRevE.97.012702 ↗
54. P. G. de Gennes and J.Prost , The Physics of Liquid Crystals , Oxford University Press , Oxford , 1995
55. P. M. Chaikin and T. C.Lubensky , Principles of Condensed Matter Physics , Cambridge University Press , Cambridge , 2000
56. Orlandini · EPL · 1995 · 32 · 46310.1209/0295-5075/32/6/001 ↗
57. R. G. Larson , The structure and rheology of complex fluids , Oxford University Press , New York , 1999
58. Ramaswamy · Annu. Rev. Condens. Matter Phys. · 2010 · 1 · 32310.1146/annurev-conmatphys-070909-104101 ↗
59. Rossen · Nat. Commun. · 2014 · 5 · 572010.1038/ncomms6720 ↗
60. Doostmohammadi · Nat. Commun. · 2016 · 7 · 1055710.1038/ncomms10557 ↗
61. Hemingway · Soft Matter · 2016 · 12 · 794310.1039/C6SM00812G ↗
62. Guillamat · Nat. Commun. · 2017 · 8 · 56410.1038/s41467-017-00617-1 ↗
63. Putzig · Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys. · 2014 · 90 · 04230410.1103/PhysRevE.90.042304 ↗
64. Theillard · Soft Matter · 2017 · 13 · 36310.1039/C6SM01955B ↗
65. Thampi · EPL · 2015 · 112 · 2800410.1209/0295-5075/112/28004 ↗
66. Li · Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. · 2019 · 116 · 77710.1073/pnas.1812570116 ↗
67. Gruler · Eur. Phys. J. B · 1999 · 11 · 18710.1007/BF03219164 ↗
68. Blanch-Mercader · Phys. Rev. Lett. · 2018 · 120 · 20810110.1103/PhysRevLett.120.208101 ↗
69. Kawaguchi · Nature · 2017 · 545 · 32710.1038/nature22321 ↗
70. Saw · Adv. Mater. · 2018 · 30 · 180257910.1002/adma.201802579 ↗
71. F. Thueroff , A.Goychuk , M.Reiter and E.Frey , 2019, bioRxiv/548677
72. Poujade · Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. · 2007 · 104 · 1598810.1073/pnas.0705062104 ↗
73. Trepat · Nat. Phys. · 2009 · 5 · 42610.1038/nphys1269 ↗
74. Mark · Biophys. J. · 2010 · 98 · 36110.1016/j.bpj.2009.10.022 ↗
75. Shao · Phys. Rev. Lett. · 2010 · 105 · 10810410.1103/PhysRevLett.105.108104 ↗
76. Physical Models of Cell Motility , ed. I. S. Aranson , Springer International Publishing , Switzerland , 2016
77. Mueller · Phys. Rev. Lett. · 2019 · 122 · 04800410.1103/PhysRevLett.122.048004 ↗