模拟位于变形软组织表面和内部的细胞的独特动力学和运动
摘要：细胞的收缩性、迁移性和细胞外基质（ECM）的力学特性对包括胚胎发育、伤口愈合、组织形态发生和再生在内的一系列生物过程至关重要。尽管在细胞负载的微小组织（包括更快的动力学和更显著的细胞-ECM相互作用）中已经观察到组织边缘附近细胞的不同应答，但目前还没有能够完全结合耦合表面和体积力学和动力学的模型来模拟这些结构的形态发生响应。本文提出了一种新颖的连续力学框架，在总拉格朗日设置下和相应的有限元实现中，用于理解细胞收缩性、迁移性和ECM力学在动态形态变化的软组织中的相互作用，考虑在组织的体积和表面上细胞反应的不同特性。该方法的主要创新之处在于它能够模拟驻留在组织表面和体积上的细胞的不同迁移和力学反应，同时形态变化的软组织经历了大变形。此外，通过仿真结果验证了所提出的模型，在受伤和完整的微小组织中捕捉到了形状和细胞浓度的变化，从而实现了对实验数据的解释。这种数值程序考虑了机感应应力产生、大变形、体积扩散迁移和变形表面上的不同迁移机制，灵感来自于关于水凝胶的体积和表面渗透弹性的最新研究，但在此工作中提出了一个双场弱形式，能够减轻最初采用三场公式时观察到的数值不稳定性。
作者：Jaemin Kim, Mahmut Selman Sakar, Nikolaos Bouklas
论文ID：2308.02979
分类：Biological Physics
分类简称：physics.bio-ph
提交时间：2023-08-08