三维组织构建中的氧和营养物质扩散、代谢动力学及架构优化的分析和数值模型，以及在脑器官样结构中的应用和洞察
摘要：三维组织工程学中的扩散模型对于理解分子递送到组织结构中的细胞至关重要。随着三维组织结构变得更大、更复杂和更具临床适用性，了解组织内部动态和信号分子浓度将变得至关重要。扩散特性是许多工程组织的重要限制因素，尤其适用于非血管组织和对氧气和营养物浓度敏感的细胞的存活、分化或功能受到影响的情况。本文旨在为三维构建设计（平面、圆柱和球形形式）中稳态和非稳态扩散和代谢的某些情况提供新颖的解析解，这些解在其他情况下需要通过数值方法实现数学近似。该模型被应用于脑器官样体，结果表明扩散和器官样体尺寸的限制可以通过将新陈代谢活跃的细胞局部化到球体的外层部分来部分克服，这是一种据已知在器官样体和早期脑发育中经过的神经胶质前体迁移的区域化过程。给定的原型解包括多种细胞类型的代谢信息的回顾，并且可以广泛应用于多种形式的组织构建。这项工作使研究人员能够模拟氧气和营养物对细胞的递送，预测细胞的存活率，设计具有改进扩散能力的构建物，以及精确控制可以用于研究发育和疾病模型，或用于对细胞进行加工以增强缺血或植入到体内后的存活能力的分子浓度的组织结构，从而提供了一个更好地理解和探索工程组织构建特性的框架。
作者：Richard J. McMurtrey
论文ID：1512.06475
分类：Tissues and Organs
分类简称：q-bio.TO
提交时间：2015-12-22