软骨再生的混合细胞自动机模型：捕捉细胞动态与支架多孔性之间的相互作用
摘要：胶原组织工程策略的发展需要模型来研究细胞动力学和支架多孔性之间的相互作用。在实验中，细胞被培养在多孔的支架中，经过一个月的时间，支架逐渐降解，而细胞则进行分裂和合成细胞外基质。我们使用非晶格细胞自动机模型来模拟支架内细胞的个体行为。细胞的运动和繁殖能力由营养物质分布和局部多孔性决定。我们使用现象学方法来捕捉支架和细胞外基质演化的连续轮廓，从而改变局部多孔性。我们通过将总细胞数与种植在聚乙二醇酸支架中的软骨细胞相匹配，对模型进行参数化。我们研究了不同初始多孔性支架中各种细胞群体的总细胞数和位置。与实验类似，我们观察到细胞数在第15天左右趋于稳定，在初始多孔性较低的支架中，细胞数值较高。我们观察到在构造物边缘靠近富含营养物的液体中的区域中存在细胞聚集现象。模型结果显示，由于对多孔性敏感性的偏差，细胞能够以更优化的方式运动。我们研究了在细胞繁殖速率、细胞运动距离和对多孔性的敏感性变化时细胞的分布情况。由于多孔性和细胞运动之间相互作用的影响，我们观察到构造物不同区域内总细胞数的非单调变化。我们还分析了不同初始多孔性支架中细胞平均速度的出现，发现初始多孔性最低的平均速度更高。这个模型为进一步研究生物参数变化如何改变不同初始多孔性支架中细胞数和分布提供了一个框架。
作者：Simone Cassani and Sarah D. Olson
论文ID：1808.10752
分类：Tissues and Organs
分类简称：q-bio.TO
提交时间：2018-09-03