Evaluation of cellular aggregate topologies from an Off-lattice model for tissue bioprinting
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Puentes Urrego, Nicolas
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Inglés
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Resumen
Esta tesis explora la dinámica celular mediante diversos marcos de modelado y técnicas de simulación. Desde el análisis de modelos centrados en el núcleo hasta la evaluación detallada de
funciones de fuerza que rigen las interacciones de atracción-repulsión, el estudio desentraña los
complejos comportamientos celulares. La integración de fuerzas protrusivas, redes genéticas y
modelos específicos como Yalla, MecaGen y Oriola enriquecen la comprensión de estas dinámicas.
Además, se exploran algoritmos de vecindad, como el grafo de Gabriel, que contribuyen a una
investigación más matizada. La implementación del marco de modelado se realiza a través de la
plataforma CellAggregate.jl. En el marco de simulación, construido con tecnología CUDA, se abordan aspectos como datos estructurados, cálculos de vecinos más cercanos y fuerzas que incluyen
vectores de polarización, atracción-repulsión y fuerzas contractiles. Otras discusiones se centran en
la extracción de información relacionada con la fusión de agregados celulares. Se presentan resultados derivados de datos experimentales, condiciones iniciales, calibración in-silico y configuraciones
de simulación. Un análisis del rendimiento de funciones y parámetros sigue a estos resultados.
La tesis profundiza en la estabilización de un solo agregado celular bajo condiciones extremas de
simulación, explorando la pérdida de células y el desplazamiento cuadrático medio. Se examina la
fusión de agregados celulares, con evaluación de parámetros ajustados mediante la prueba de Chicuadrado. La exploración se extiende a agregados complejos, brindando una comprensión integral
de los aspectos topológicos en la bioimpresión de tejidos (Texto tomado de la fuente).
Abstract
This thesis presents an exploration of cellular dynamics, utilizing various modeling frameworks
and simulation techniques. Starting from the analysis of core-centered models, incorporating an
approach to contractile stress from polarization vectors and a detailed evaluation of force functions
governing attraction-repulsion interactions, the study unravels the intricate cellular behaviors. The
integration of protrusive forces, genetic networks, and specific models like Yalla, MecaGen, and
Oriola enhances the understanding of these dynamics. Additionally, neighborhood algorithms, such
as the Gabriel graph, contribute to a more nuanced investigation. The modeling framework is implemented through the CellAggregate.jl platform. In the simulation framework, built with CUDA
technology, aspects like structured data, nearest neighbor calculations, and forces, including polarization vectors, attraction-repulsion, and contractile forces, are addressed. Further discussions
focus on the extraction of information related to the fusion of cellular aggregates. Results derived
from experimental data, initial conditions, in-silico calibration, and simulation setups are presented.
A subsequent analysis of the performance of functions and parameters is conducted. The thesis
delves into the stabilization of a single cellular aggregate under extreme simulation conditions,
exploring cell loss and mean squared displacement. The fusion of cellular aggregates is examined,
including the evaluation of adjusted parameters using the Chi-squared test. The exploration extends to complex aggregates, providing a comprehensive understanding of topological aspects in
tissue bioprinting.
Palabras clave propuestas
Center-Based Models; Fusion of Cell Aggregates; Tissue Engineering; Multi-cellular Systems; Computational Biology; Simulation Framework; Off-Lattice Models; Cell Adhesion; Modelos Centrados en el Núcleo; Fusión de Agregados Celulares; Ingeniería de Tejidos; Sistemas Multicelulares; Biología Computacional; Marco de Simulación; Modelos Fuera de Rejilla; Adhesión Celular
Descripción
ilustraciones, diagramas, tablas