Elucidation of the mechanism of vascular network formation by mathematical modeling based on in vitro data analysis

基于体外数据分析的数学模型阐明血管网络形成机制

基本信息

批准号：
22K03421
负责人：
間田潤
金额：
$ 1.66万
依托单位：
Nihon University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

血管網の形成は，怪我による治癒過程だけでなく，悪性新生物の増殖や転移に深くかかわっている。そこで，本研究では，実験から得られる細胞個々の運動に関するデータから，数理分野の理論と技術，特にクラスタリングなどの統計手法を用いて解析し，血管新生（既存の血管網から新しい血管が出現する形態形成過程である）において管腔が形成されるまでのメカニズムを明らかにする。そこでまず本年度は，血管新生における内皮細胞のダイナミクスを2次元数理モデルで検討した。近年，血管新生時の伸長，分岐，細胞混合などの細胞運動を，内皮細胞間の単純な二体相互作用を仮定して再現する一次元離散力学モデルが提案されている。その2次元的な拡張を行ったのが今年度の成果であり，内皮細胞を，排除体積効果による反発的相互作用，仮足による引力的相互作用，接触による回転という2体相互作用を持つ楕円体として表現している点が特徴である。そして，今回提案した数理モデルによって，楕円の扁平率や接触回転の大きさが，形成される血管パターンの形状や枝の伸長に大きく影響を及ぼすことを示した。より現実的な数理モデルを提案できたことは，今後の血管網形成のメカニズム解明において大きな意義を持つと考える。今後は，管腔形成を再現する数理モデルの提案のために，3次元への拡張を行うとともに，管腔形成のメカニズムを解明するために，管腔構造を作り出す内皮細胞の特性を実験結果の解析により明らかにしていく。

血管网络的形成不仅参与受伤引起的愈合过程，而且还参与了恶性肿瘤的生长和转移。因此，在这项研究中，我们分析了使用数学理论和技术，尤其是诸如聚类等统计方法从实验中获得的单个细胞运动的数据，以阐明血管生成过程中管腔形成的机制（形态发生过程中，现有血管从现有血管网络中出现新的血液血管的形态发生过程）。因此，今年我们首先使用二维数学模型在血管生成过程中首先检查了内皮细胞的动力学。最近，已经提出了一个一维离散动力学模型，该模型通过假设内皮细胞之间的简单两体相互作用来重现细胞运动，例如伸长，分支和细胞混合。今年的结果是二维扩展，今年的特征是，内皮细胞被表示为具有两种身体相互作用的椭圆形：由于排除体积效应而引起的排斥相互作用，由于伪足症引起的有吸引力的相互作用，以及由于接触而引起的旋转。此外，这次提出的数学模型表明，椭圆的平坦度和接触旋转的大小对形成的血管形状的形状和分支的扩展具有重大影响。我们能够提出一个更现实的数学模型的事实在阐明未来血管网络形成的机制方面具有重要意义。将来，为了提出一个复制管腔形成的数学模型，我们将将其扩展到三个维度，为了阐明管腔形成的机制，我们将通过分析实验结果来阐明内皮细胞的特征，这些内皮细胞的特征。