Constitutive and Agent-Based Multiscale Models to Improve Vein Graft Survival

提高静脉移植物存活率的本构和基于代理的多尺度模型

基本信息

  • 批准号:
    8717717
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 54.96万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2013-08-08 至 2018-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Heart disease, stroke, and limb loss continue to be a leading cause of U.S. mortality and morbidity. Despite advances in the surgical treatments for these pathologies, the long-term success of these interventions remains limited. Prior strategies aimed at improving the durability of vein grafts have focused largely on reductionist strategies and used linear models to describe the physical and biologic components of vascular disease progression. In order to advance our understanding of such complex phenomena, it is necessary to integrate different types of data and use quantitative models to predict behavior and outcomes. OVERALL HYPOTHESIS: A specific, finite set of shear-regulated genes are critical to controlling pathologic vein graft adaptation. Using the integration of multiscale modeling and experimental techniques, these genes can be identified and manipulated in vivo to improve vein graft durability. SPECIFIC AIM 1: Identify those model parameters that are most critical for accelerated loss of the vein graft lumen. Approach: Using a stochastic optimization algorithm to evaluate our in silico model of vein graft adaptation, a large-scale simulation is use to define the minimum parameter set, and correspondingly the core biologic processes, that lead to reduced intimal thickening and enhanced outward remodeling. SPECIFIC AIM 2: Create a dynamic gene regulatory network, which when integrated with an agent-based model of vascular adaptation, identifies the subset of genes that have the most significant impact on reducing intimal hyperplasia and preserving vein graft lumen. Approach: Transcriptional profiling of vein graft samples is used to create a gene regulatory network. Through a systematic evaluation of this network, highly interconnected genes are identified, specifically identifying those genes that when deleted lead to substantial changes in global gene expression. This subset of genes is explored using an agent-based model of vein graft adaptation to identify a set of key hub genes that when deleted result in significant improvements in lumen preservation. SPECIFIC AIM 3: Validate the model prediction and explore combinations of key hub genes that provide the most critical impact on the biologic processes that are central to pathologic vein graft adaptation. Approach: Employing a high throughput, cell culture system and an siRNA inhibition strategy, the effect of key hub gene deletion on cell proliferation, apoptosis, matrix production, protease activation and cell motility will be evaluated. The most promising genes, either alone or in combination, will move into Aim 4 for in vivo testing. SPECIFIC AIM 4: Identify the optimum combination of genes that will move forward into a large animal validation model and translated into a therapeutic tool to improve vein graft survival. Approach: Packaging a lentivirus delivery vehicle with a siRNA construct, we will utilize a rabbit vein bypass graft mode to evaluate the in vivo performance of the most promising gene sets that have been vetted through Aim 1 through 3, assessing their impact on reducing intimal hyperplasia and preserving vein graft lumen.
描述(由申请人提供):心脏病,中风和肢体流失仍然是美国死亡率和发病率的主要原因。尽管这些病理学的手术治疗进展,但这些干预措施的长期成功仍然有限。旨在提高静脉移植物耐用性的先前策略主要集中在还原主义策略上,并使用线性模型来描述血管疾病进展的物理和生物学成分。为了促进我们对这种复杂现象的理解,有必要整合不同类型的数据并使用定量模型来预测行为和结果。 总体假设:一组有限的剪切调节基因对于控制病理静脉移植适应至关重要。使用多尺度建模和实验技术的整合,可以在体内鉴定和操纵这些基因,以提高静脉移植耐用性。特定目标1:确定那些对于加速静脉移植管道损失最重要的模型参数。方法:使用随机优化算法来评估我们在静脉移植适应的计算机模型中,使用大规模模拟来定义最小参数集,并相应地导致核心生物学过程,从而导致降低近距离增厚和增强外向重塑。特定目的2:创建动态基因调节网络,该网络与基于代理的血管适应模型集成时,确定了对减少内膜增生和保留静脉移植管的最大影响的基因子集。方法:静脉移植样品的转录分析用于创建基因调节网络。通过对该网络的系统评估,可以识别高度相互联系的基因,具体识别那些被删除后会导致全局基因表达发生重大变化的基因。使用基于毒剂的静脉移植物适应的基因模型来探索该基因的子集,以识别一组关键集线器基因,当删除后,这些基因会显着改善管腔保存。特定目标3:验证模型预测并探索关键集线器基因的组合,这些基因对病理静脉移植适应至关重要的生物学过程提供了最关键的影响。方法:采用高吞吐量,细胞培养系统和siRNA抑制策略,将评估关键集线器基因缺失对细胞增殖,凋亡,基质产生,蛋白酶激活和细胞运动的影响。最有前途的基因,无论是单独还是组合,都将进入AIM 4进行体内测试。特定目标4:确定将进入大型动物验证模型的基因的最佳组合,并转化为一种治疗工具,以改善静脉移植物的生存。方法:用siRNA构建机包装慢病毒输送车辆,我们将利用兔静脉旁路移植模式来评估通过AIM 1至3进行审查的最有前途的基因组的体内性能,评估它们对减少intimal增生增生和保留静脉移植物的影响。

项目成果

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