Simulating Large-Scale Morphogenesis in Planar Tissues

模拟平面组织中的大规模形态发生

基本信息

  • 批准号:
    2012330
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 20万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-06-15 至 2024-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Cutting-edge developments in biotechnology and medicine involve reconstructing large-scale tissues and organs. This work can be limited by lack of knowledge in tissue morphogenesis, the process by which living tissues develop their size-and-shape characteristics. Though live-imaging techniques have enabled the observation of morphogenetic processes, progress in fundamental understanding has been slow. This project aims to improve tools for modeling a wide range of living tissues that are relatively planar and have been extensively studied experimentally. The project will develop methods for numerical simulation of morphogenesis processes and attempt to reproduce the observed large-scale morphogenesis structures in planar tissues. The project provides graduate student training through involvement in the research.This project concerns numerical simulation of large-scale continuum models for tissue morphogenesis that involve free boundaries, bulk-interface coupling, and highly nonlinear interactions. The work centers on a new mathematical model in which the field variables are nonlinearly coupled via reaction-convection equations and non-standard spatial partial differential equations. The project will develop semi-implicit and fully implicit time-stepping methods to avoid a potential time-step restriction for explicit time-stepping methods. Due to the high nonlinearity of the system, the boundary configuration must be updated together with the velocity field as well as other field variables. For this purpose, a novel interface-tracking method based on reference-map techniques will be investigated. Linear analysis close to trivial solutions will be conducted to assist the design of fast-converging iterative methods for solving the nonlinear system derived from the implicit time-stepping discretization of the original model. Simulations to understand in vitro micro-tissue and in vivo epithelial-tissue morphogenesis from live-imaging data will be carried out.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
生物技术和医学的尖端发展涉及重建大型组织和器官。这项工作可能受到组织形态发生知识的知识的限制,这是活组织发展其大小和形状特征的过程。尽管现场模仿技术使观察形态发生过程了,但基本理解的进步却很慢。该项目旨在改善建模相对平面的广泛活组织的工具,并已通过实验进行了广泛的研究。该项目将开发用于形态发生过程的数值模拟的方法,并试图重现平面组织中观察到的大规模形态发生结构。该项目通过参与研究提供了研究生培训。该项目涉及大规模连续模型的数值模拟组织形态发生,该模型涉及自由边界,散装接口耦合以及高度非线性的相互作用。该工作集中在一个新的数学模型上,其中场变量通过反应反向传导方程和非标准空间偏微分方程非线性耦合。该项目将开发半幅图和完全隐式的时间步变方法,以避免对明确时间步变方法的潜在时间步长限制。由于系统的高非线性,必须将边界配置与速度字段以及其他字段变量一起更新。为此,将研究一种基于参考图技术的新型接口跟踪方法。将进行接近琐碎解决方案的线性分析,以协助设计快速反复的迭代方法,以求解从原始模型的隐式时间稳定的离散化得出的非线性系统。将实现现场成像数据的模拟以了解体外微组织和体内上皮组织形态发生。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为值得通过基金会的知识分子优点和更广泛的影响审查标准通过评估来进行评估。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Inferring relative surface elastic moduli in thin-wall models of single cells
  • DOI:
    10.1140/epjp/s13360-022-02907-0
  • 发表时间:
    2022-08-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Deng,Yaqi;Wei,Chaozhen;Wu,Min
  • 通讯作者:
    Wu,Min
Inhibition of the Exocyst Complex with Endosidin 2 Reduces Polarized Growth in Physcomitrium patens.
  • DOI:
    10.17912/micropub.biology.000655
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Bormann, Eric;Xu, Rholee;Nargi, Clare;Wu, Min;Vidali, Luis
  • 通讯作者:
    Vidali, Luis
AN EULERIAN NONLINEAR ELASTIC MODEL FOR COMPRESSIBLE AND FLUIDIC TISSUE WITH RADIALLY SYMMETRIC GROWTH
Inferring lateral tension distribution in wall structures of single cells
推断单细胞壁结构的侧向张力分布
  • DOI:
    10.1140/epjp/s13360-020-00670-8
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Chelladurai, Danush;Galotto, Giulia;Petitto, Jocelyn;Vidali, Luis;Wu, Min
  • 通讯作者:
    Wu, Min
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No evidence for modulation of sound rise-time perception by 4-Hz brain oscillations
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  • 作者:
    Manli Zhang;A. Amon;Saskia Hanssen;Min Wu;M. Bonte;L. Riecke
  • 通讯作者:
    L. Riecke
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技术交易-盈利规则、数据窥探和现实检验:来自外汇市场的证据
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    2011
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Yan Gao;Min Wu;Weifeng Du
  • 通讯作者:
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    2020
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  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    H. Jia;Min Wu
  • 通讯作者:
    Min Wu
Atherosclerosis in Patients with Rheumatoid Arthritis
类风湿关节炎患者的动脉粥样硬化
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    2013
  • 期刊:
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  • 作者:
    Min Wu;Fan;Run Wang;W. Seto;P. Pai;P. Chu;K. Yiu
  • 通讯作者:
    K. Yiu

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知道了