Научный отчет № 5422

Название

Математическое моделирование биологических тканей, составленных активно перемещающимися клетками.

Авторы

Штейн А.А., Логвенков С.А., Моисеева И.Н., Юдина Е.Н.

Аннотация

Экспериментальные данные достоверно доказывают, что нормальное эмбриональное развитие организма неразрывно связано с формированием и присутствием определенных управляющих этим развитием полей механических напряжений. Континуальный подход, развиваемый в работе, позволяет учитывать на тканевом уровне как относительное движение клеток, так и силы, которые контролируют это движение. Введены характеристики, позволяющие учитывать общие активные свойства клеточной среды, и обсуждаются возможные механизмы, описываемые этими характеристиками. Представлен краткий обзор наших результатов, полученных на сегодняшний день. В тензоре скоростей деформации среды выделены две составляющих, первая из которых связана с деформацией индивидуальных клеток, а вторая - с их переупаковкой. Важным элементом, отличающим наши методы описания активных взаимодействий между клетками от существующих в настоящее время, является введение отдельной фазы, которая соответствует механически активным субклеточным элементам, связанным с созданием активных напряжений, контролирующих переупаковку клеток. В рамках этого единого подхода рассматриваются две конкретные модели. Первая из них позволила удовлетворительно описать экспериментальные результаты Л.В. Белоусова и его сотрудников по изучению активных реакций эксплантатов эмбрионального эпителия на растяжение и установить общие механизмы, управляющие наблюдаемыми процессами. Вторая модель описывает процесс самоорганизации в конгломерате слабо связанных клеток в присутствии жидкой фазы. Показано, что потеря устойчивости пространственно-однородного состояния может приводить к развитию структур, аналогичных возникающих в эмбриогенезе. В частности, внутри клеточного конгломерата может образоваться заполненная жидкостью полость, одним из необходимых условий формирования которой является определенный уровень гидростатического давления жидкости.

Год публикации

2018 г.

Объём

33 с.

Научный руководитель

Любимов Г.А.

Ключевые слова

клеточные системы, активные среды, биологическое формообразование.