一种新的上皮形态发生的三维混合模型

伤口愈合是一种生物学机制，允许保留组织的完整性和功能。JoseMuñoz博士（Lacàn），西班牙大学（Lacàn），大学，西班牙大学，西班牙大学，模拟伤口愈合所涉及的三维机制。在该研究中，通过混合顶点模型模拟这些三维机制。通过实验观察支持，确定每个收缩力的相对贡献。如果要实现完全闭合，则揭示了细胞体积保存的必要性。

上皮组织分布在身体的大部分内外表面，以及我们的器官和血管。这些膜性组织由一层或多层细胞组成，这些细胞形成屏障，从而提供安全屏障。例如，我们的皮肤是由数以百万计的上皮细胞组成的，这些上皮细胞紧密地排列在一起，为我们的身体内外提供了一道屏障。当上皮组织受伤，细胞被破坏或损坏时，现有的细胞和组织驱动伤口愈合过程。机械力对于改变细胞和组织的形状也很重要。创面闭合的生物学机制使组织的完整性和功能得以保留。

上皮形态发生包括各种复杂和不同的过程，其中上皮组织的产生或嵌入有助于器官形成和体形。细胞 - 细胞相互作用势力驱动形状变化，并且基于细胞的生物力学模型可以提供对上皮细胞形态发生的洞察力，使我们能够理解这些过程。JoseMuñoz博士（LaClàn），西班牙大学（Lacàn），西班牙大学，西班牙大学，西班牙大学，模拟了伤口愈合的上皮形态发生的三维机制。与Filippos Ioannou博士的合作，罗伯特利博士和延兰博士，伦敦大学学院和Malik A. Dawi博士博士博士博士开发了一种新的上皮形态发生的3D模型。

造型形态形成事件
已经开发了各种建模方法来描述上皮形态发生中涉及的细胞对细胞相互作用。电池迁移和扩散的过程可以被描述为平面变形，并使用二维工具和顶点模型研究。这些顶点模型近似于具有蜂窝接口的二维多边形表示的单元格形，其中顶点标记具有相邻小区的公共点。顶点响应于生长期间的力，由细胞 - 细胞粘附产生的力平衡导致的界面张力，以及每个细胞内的压力。Muñoz博士解释了如何理解这些过程中的力量，我们需要能够再现在单层（顶部）和基底（底部）侧面不同的连接力学和细胞变形的模型，以表示a单个，紧密包装的细胞层。

而二维分析
伤口愈合的三维机制已经得到了很好的研究，但我们对其所涉及的三维机制知之甚少。

三维机制
Muñoz博士观察到，虽然已经很好地研究了伤口愈合的二维分析，但关于所涉及的三维机制，众所周知。他解释了有多少其他上皮形状变化，例如弯曲，组织折叠，电池挤出和分层，可以使用平面外部力学和三维效应来描述。组织闭合涉及伤口顶部或顶端区域的收缩力的组合。这有动机Muñoz博士和他的合作者开发了一种三维模型，使得能够模拟细胞'顶端，基础或侧面的各种收缩力，使得研究人员可以研究它们对伤口闭合的影响。

3D Hybrid Vertex模型
Muñoz博士此前曾参与二维模型的开发，研究人员将其扩展到三维模型。这个新的3 d模型cell-centred之间是一种混合模型,其中每个细胞被描绘成一个球体,或节点,和每一个信息交互与一条线或酒吧元素建模,连接两个节点,和纯粹的顶点模型,细胞皮层被表示为一个多边形,顶点和边与相邻细胞。新的3D模型使用顶点来定义细胞边界，但它保留了细胞中心作为自由度，以描述整个细胞如何改变形状，即整个细胞运动学。

单层几何形式用于定义细胞。细胞中心的位置取自二维实验图像，并为模型中的顶端和基底细胞中心提供初始位置。电池中心的初始位置和顶点和基础表面的细胞区域的形状相等。然而，在随后的时间步骤中，它们可以独立地改变它们的连接和形成多层（具有多边形的三维形状），其可以具有它们的顶端和基础表面的不同形状和侧面的侧面。该模型计算顶端和基底表面的顶点的位置，该曲线曲线求助于节点插值。通过最小化相对于节点的位置和缠绕边缘周围的顶点的总能量来实现机械平衡。使用基于静止长度变化的流变模型，使用流变性模型进行建模细胞的粘弹性行为。然后通过使用牛顿-Raphson迭代过程求​​解非线性方程的所得系统来发现数值解决方案。

受伤和收缩实验
研究人员进行了一项实验，以评估模型模拟的上皮形态发生。成人组织的闭合导致瘢痕的形成。然而，胚胎和幼虫组织有能力以无缝的方式完成愈合过程。幼虫组织果蝇(一种小果蝇)被选中进行调查。的果蝇幼虫翼代成像盘是由一层紧密包装，高柱状细胞组成的上皮。这些细胞似乎布置成层，但它们实际上附着在基底膜上。该组织是用于研究三维伤口愈合细胞行为的理想实验系统。

使用脉冲TiSa激光损伤翼盘上皮，使用3D延时共聚焦显微镜每3分钟记录伤口愈合反应的图像。在模型中创建了一个类似的伤口，通过软化和去除降解的细胞和渐进的伤口闭合来模拟伤口正面和侧面的收缩，以及随后在伤口边缘插入(改变位置)的细胞。

伤口愈合的模拟
实验测量了五个独立翼盘上的伤口，并取平均值。在伤后的前72分钟，通过手工追踪伤口周围来量化翼盘顶端伤口区域的演变。在伤口愈合过程中，由于顶端肌动球蛋白包线的形成，伤口周围在图像中特别清晰，这是一种能够收缩将伤口边缘向内画出的蛋白质复合物。

除了组织张力和收缩力，伤口闭合也受插层速度的驱动。

研究人员测试了各种大小从80到205个细胞不等的模拟贴片，这些贴片是为每个经过实验测量的病例生成的。他们测量并比较了实验图像和模拟图像中伤口边缘相对投影面积和相对高度的时间演变，以测试伤口发生后伤口边缘收缩的效果。还根据伤口边缘的细胞数量分析了插层的演化。

分析
模拟结果与实验结果的对比分析表明，除了组织张力和收缩力，伤口闭合还受插层速率或组织流动性的影响。Muñoz博士描述了侧向收缩的包含，以及在根尖和基底侧的不同插层的模拟，如何使这个新模型将分析扩展到三维。

研究人员能够使用该模型来研究单纯根尖或侧向收缩对伤口闭合的影响。数值结果表明，施加顶包弦张力和体积保留导致伤口边缘相对高度的降低，由于组织的扩张。体积保存是一个基本的考虑，因为细胞体积的显著变化会损害其结构完整性和细胞内环境的稳定性。这会导致细胞死亡。

Muñoz博士解释了如何用顶点模型模拟伤口闭合的三维机制，并得到实验观察的支持，使研究人员能够确定每种收缩力的相对贡献。对模拟结果的分析表明，要实现细胞的完全闭合，必须保持细胞体积。