细胞迁移对生理和病理过程至关重要，如胚胎发育、伤口愈合、免疫反应和癌症转移。细胞通过施加力于基底来移动。传统观点认为，粘附点将细胞骨架的拉力传递给基底。但新发现显示，细胞在三维环境中可以不依赖粘附点迁移。我们的研究探讨了这种无粘附依赖迁移中的力产生机制。
牵引力显微镜揭示，细胞通过粘着斑能产生几十纳牛顿的力，表面力密度可达几千帕。但对于不依赖粘着斑的细胞迁移，其力传递机制和大小尚不明确。有理论推测非特异性摩擦可能解释细胞力传递，但这一理论尚未经实验验证，且摩擦力是否足以推动细胞移动也存疑。
我们研究了一种不粘附的Walker 256癌肉瘤细胞，看它们如何在不粘附的情况下移动。这些细胞能在悬浮状态下极化并形成水泡，它们不在二维平面上移动，但在三维空间里可以。Walker细胞能在多种环境如琼脂糖垫、3D胶原凝胶和特制的PDMS微流体通道中迁移，包括在不粘的琼脂糖表面，显示它们迁移不需要粘附基质。
我们研究了Walker细胞的粘着斑成分，发现它们在琼脂糖下迁移时不形成粘着斑焦点，踝蛋白表达降低也不影响迁移速度，即使在EDTA处理后，它们在3D胶原凝胶中仍能迁移，表明Walker细胞的迁移不依赖于粘着斑和粘附蛋白功能。
总的来说，我们的研究结果表明，Walker细胞在受限条件下迁移时不会形成特定的整合素介导的粘着斑。
受限环境中起泡沃克细胞的非特异性粘附依赖性迁移。
我们用牵引力显微镜比较Walker细胞、HeLa细胞和粘附型Walker细胞。发现在软PDMS上，HeLa和粘附型Walker细胞有较大拉力；而在琼脂糖上，Walker细胞拉力小，说明非粘附迁移力小于粘附迁移。
我们研究了Walker细胞在微通道中迁移时的肌动球蛋白细胞骨架，发现F-肌动蛋白和肌球蛋白在细胞边缘富集并向后部形成梯度，表明收缩力向后。激光消融实验显示，细胞后部的皮质收缩力对迁移至关重要。进一步观察到肌动蛋白和肌球蛋白在细胞内逆向流动，与微通道表面耦合。结果表明，Walker细胞的迁移是由后向肌动球蛋白梯度引起的皮质流动驱动的，不依赖特定粘附。
非粘附 Walker 细胞的皮质流驱动迁移需要最小的摩擦力。
我们研究了细胞在没有粘附时如何通过摩擦力迁移。实验中，我们用Pluronic F127降低了通道壁的摩擦力，发现在低摩擦环境下，Walker细胞不能迁移，肌动蛋白流也与基质脱离。而中等摩擦力下，Walker细胞能迁移但速度慢。这说明细胞迁移需要一定的摩擦力，后向皮质流通过摩擦力与基质耦合来推动无粘附迁移。
我们根据摩擦系数估算了非粘附迁移中细胞施加的力。假设摩擦系数恒定，我们用摩擦系数乘以皮质流速来计算力密度。结果表明，在BSA、BSA/F127和F127涂层通道中，细胞施加的应力分别约为1 Pa、5 mPa和0.5 mPa，远低于粘附细胞施加的应力，这与牵引力显微镜的观察结果一致。
我们创建了一个理论模型来解释细胞如何在没有粘附的情况下移动。模型将肌动球蛋白皮层看作一个受内部收缩力、外部摩擦和介质阻力影响的粘性表面。模型显示，后向收缩力梯度可以通过摩擦力和肌球蛋白收缩力推动细胞。我们发现，细胞移动需要一定的摩擦力，超过这个阈值后，细胞速度主要由肌动球蛋白流的速度决定。
不依赖特定粘附的迁移机制。
我们用理论模型验证了不同摩擦条件下的细胞和皮质动态，并量化了皮质流动。通过模型拟合，我们找到了三个参数，能准确描述细胞速度和流动分布，与实验数据一致。这些参数表明，大约50%的细胞外介质在细胞迁移时被推动，与实际观察相符。结果证实，非特异性摩擦力足以驱动细胞在没有粘附的情况下迁移。
我们用模型计算了Walker细胞在无粘附迁移时对基质的力分布。结果显示，细胞在通道壁上施加的总力很小，与它们受到的阻力平衡。这些力可以用力偶极子描述，它衡量了细胞推力和拉力的分离程度。正力偶极子意味着细胞从后面推动自己，而负力偶极子意味着细胞从前面拉动自己。力偶极子影响基质的变形，进而影响细胞的运动方向和细胞间的相互作用。
使用粘着斑迁移的细胞会产生负力偶极子，因为它们前部的拉力和后部的收缩力相互抵消。而Walker细胞在无粘附迁移中则表现出正力偶极子，表明它们倾向于扩张基质，推力主要来自细胞后部。因此，尽管两种迁移都涉及肌动球蛋白驱动的流动，但无粘附迁移和基于粘附的迁移中力偶极子的方向相反。
在没有特定粘附的情况下迁移背后的力分布。
我们的研究显示，依赖粘附和不依赖粘附的细胞迁移在力传递上有很大不同。我们发现无粘附迁移产生的应力远小于粘附依赖的迁移，Walker细胞施加的应力大约只有1 Pa或更低，低于传统方法的检测范围。我们的研究方法结合了摩擦测量和机械模型，为从细胞形态和动态中提取力和物理特性提供了新方法。
研究表明，粘着斑产生的大力可能用于引导细胞迁移或探测基质硬度，而非推动细胞移动。过强的粘附会阻碍细胞移动，而摩擦力在一定程度后能维持细胞速度恒定。摩擦力的具体作用和体内基质的不规则性还需进一步研究。
最后，我们发现摩擦驱动迁移中的力分布呈现正力偶极子，与粘附迁移的负力偶极子形成对比。这种区分也存在于微型游泳生物中，如推动者（如大肠杆菌）和拉动者（如莱茵衣藻）。这种差异对游泳细胞间的相互作用有重要影响，而研究体内迁移的“推动”细胞和“拉动”细胞之间的细胞间相互作用将是未来研究的一个有趣方向。
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