From colloidal particles to pedestrians in a crowded city, the “jamming” phenomena, characterized by the kinematic arrest, is universal. Studies to understand the jamming state and to resolve the undesired jamming in various situations have recently gained a great deal of attention. Interestingly, cells in our body can also experience the jamming, and the unjamming can lead to pathologically relevant consequences. Physiologically, cells in a collective entity exhibit reminiscent characteristics of the physical jamming phenomenon, including various factors like interrelation between neighboring cells and the cell-substrate interaction. While this peculiar state in the collective cells has been reported in various biological studies, its driving mechanisms and contributing factors have not been revealed clearly. In this study, we investigated the jamming phenomena inducing a spontaneous jamming-unjamming transition in the initially confined monolayer of MCF-10A, normal human breast gland cells, through the simple wound healing assay. Diverse phenomenological analyses, from the morphology of cells to the stress distribution inside the cells were performed to find critical cues in the unjamming event of cells. Besides, we could compare the two biochemically different conditions, which were initially undistinguishable in the jammed state, by unraveling phenotypic features in the unjamming transition. These results demonstrate that the approach of this study can expand the boundaries of the jamming studies to general cellular jamming-unjamming phenomena reflecting more practical physiological events.
입자들의 밀집에 의한 이동성의 방해로 나타나는 Jamming 현상은 다양한 물리계를 아우르는 보편적인 현상이다. 이러한 현상은 신체를 구성하는 가장 기본적인 단위인 세포에서 관찰된바 있고, 이 현상이 세포의 병리학적인 상태를 대변할 수 있다는 가능성이 제시되었다. 하지만 세포가 지닌 세포-세포간 결합부터 세포-바닥 간의 관계에 이르는 복잡한 요소들 때문에 그 메커니즘을 정확히 규명하는데 어려움을 겪고 있다. 본 연구에서는 기존의 세포 jamming 현상에 대한 정량적 분석과는 다르게, 세포 군집의 이주 현상 속에서 자발적으로 나타나게 되는 jamming-unjamming 전이 현상을 다양한 물리적 요소들을 통해 분석하여 jamming 형성에 중요한 메커니즘을 찾는 것을 목표로 한다. 이를 위하여 서로 다른 생화학적 조건의 세포 jamming 상태를 구현하고, 세포들을 구속하고 있던 구조물을 제거함을 통해 unjamming 현상을 유도하였다. 그 결과, 기존의 접근 방법으로는 비교 하기 어려운 두 조건의 jamming 현상 차이를 unjamming 과정의 관찰을 통해 손쉽게 확인할 수 있었다. 또한, 세포의 형태부터, 이동성, 장력을 포함한 다양한 인자들을 분석하여 보다 정확하게 세포 jamming 현상에 접근을 할 수 있었다. 이는 기존의 해석이 몇 가지 상피세포에만 적용되었던 한계를 넘고, 다양한 세포군 에서 일어나는 jamming 현상을 연구할 수 있는 방법으로써, 보다 넓은 범위의 생리적, 병리적 현상을 반영할 수 있는 가능성이 기대된다.
