MECHANICS OF EARLY BRAIN AND EYE DEVELOPMENT

早期大脑和眼睛发育的机制

基本信息

  • 批准号:
    8462008
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 31.44万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2010
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2010-05-01 至 2015-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary In human embryos, the primary subdivisions of the brain (forebrain, midbrain, and hindbrain) are formed by the fourth week of gestation. During this time, the primitive eyes (optic vesicles) emerge as protrusions from the forebrain. The forms of these organs are highly conserved. Abnormalities in size and shape of the early brain are known to cause serious neurological disorders such as anencephaly, hydrocephalus, autism, and schizophrenia, while improper eye morphogenesis can cause coloboma and microphthalmia, leading to severe visual impairment. Prevention and treatment of these maladies requires understanding of their root cause. While much is now known about the molecular and genetic factors that regulate brain and eye development, the mechanical processes that actually create these structures remain poorly understood. The main objective of this proposed research is to determine the morphogenetic mechanisms that shape the early embryonic brain and eye. The specific aims are the following: (1) Determine the mechanisms that drive growth and morphogenesis of the developing brain vesicles. (2) Determine the mechanisms that drive growth and morphogenesis of the optic vesicle before the optic cup forms. (3) Determine the mechanisms that drive invagination and shaping of the optic cup. To accomplish these aims, we will integrate computational modeling with quantitative experimental measurements. The models are based on fundamental engineering theories of nonlinear solid mechanics. The experiments, to be conducted on chick and mouse embryos, will employ high-resolution optical coherence tomography (OCT) and fluorescence imaging to measure changes in global and local geometry (e.g., curvature and wall strains) and microstructure (e.g., actin distribution), microdissection to determine and perturb tissue stress, drug exposure and genetic knockouts to perturb cellular function, and measurements of embryonic cerebrospinal fluid pressure and regional mechanical properties. This project will provide important new insights into the morphogenetic mechanisms of brain and eye development.
项目概要 在人类胚胎中,大脑的主要部分(前脑、中脑和后脑)是 妊娠第四周时形成。在此期间,原始眼睛(视神经泡) 作为前脑的突出物出现。这些器官的形式高度保守。 已知早期大脑大小和形状的异常会导致严重的神经系统疾病 无脑畸形、脑积水、自闭症和精神分裂症等疾病,以及眼睛不适 形态发生可引起缺损和小眼球,导致严重的视力障碍。 预防和治疗这些疾病需要了解其根本原因。尽管 现在人们对调节大脑和眼睛的分子和遗传因素已经了解很多 在开发过程中,实际创建这些结构的机械过程仍然很差 明白了。 这项研究的主要目的是确定形态发生机制 塑造早期胚胎的大脑和眼睛。具体目标如下: (1) 确定 驱动发育中的脑囊泡生长和形态发生的机制。 (2) 确定驱动视神经泡生长和形态发生的机制 视杯形式。 (3) 确定驱动光学器件内陷和成形的机制 杯子。为了实现这些目标,我们将计算建模与定量相结合 实验测量。这些模型基于基本工程理论 非线性固体力学。该实验将在小鸡和小鼠胚胎上进行 采用高分辨率光学相干断层扫描 (OCT) 和荧光成像 测量全局和局部几何形状的变化(例如曲率和壁应变)以及 微观结构(例如肌动蛋白分布)、显微解剖以确定和扰乱组织应力, 药物暴露和基因敲除扰乱细胞功能,以及测量 胚胎脑脊液压力和局部力学特性。该项目将 为大脑和眼睛的形态发生机制提供重要的新见解 发展。

项目成果

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专著数量(0)
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会议论文数量(0)
专利数量(0)

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