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血管形态发生是生物发育和疾病进展中的关键过程，但其细胞层面的调控机制长期未明。近日，日本熊本大学西山功一主任研究员与东京大学栗原裕基教授领导的联合研究团队，通过整合生物学实验与数理模型，在计算机中成功模拟了血管生成过程中内皮细胞的运动控制机制。该成果发表于《细胞报告》（Cell Reports）电子版。

生物体是由细胞这一最小功能单位聚集形成的多细胞体，但细胞如何有序组装成组织与器官的特定形态，仍是未解之谜。血管为全身组织提供氧气和营养，其分支结构在组织间穿行，并与血管外环境相互作用，形成精巧的网络。

血管生成是一个复杂的动态过程：血管内皮细胞与其他细胞相互作用，反复经历出芽、生长、分支和管腔形成，最终生成具有特征性二维或三维分支结构的血管形态。这一过程是新生血管网络形成的关键。

研究团队聚焦于血管内皮生长因子（VEGF）诱导的血管生长中多细胞运动的可视化。他们通过三维培养构建血管样结构，使内皮细胞运动可视化，并利用计算机进行定量分析，揭示了极其复杂的多细胞运动模式。他们确认，尖端细胞（tip cells）与柄细胞（stalk cells）以不同速度和方向运动，相互追逐、超越并交换位置，最终形成有序的血管形态。

进一步，研究团队结合生物学与数理模型，在计算机中模拟了内皮细胞的复杂运动。模拟结果表明，在血管生长过程中，细胞自发且自律地控制其运动，并与相邻细胞协调。这种融合生物学与数理模型的计算机模拟方法，不仅有助于理解血管形态发生，也为未来研究其他形态发生过程中的多细胞运动机制，乃至生物形态发生的基本机制提供了重要工具。