Modelowanie matematyczne w systemach biologicznych
Członkowie finansowanego ze środków UE projektu MORPHOELASTICITY (Morphoelasticity: The mathematics and mechanics of biological growth) opracowali skuteczne modele przedstawiające wzorce wzrostu powierzchniowego w muszlach, porostach grzybów, pofałdowaniu błon śluzowych, przebudowie dróg oddechowych i przebudowie włókien anizotropowych. Użycie tych narzędzi do przedstawiania wzrostu i sił fizycznych powinno wyjaśnić różnice pomiędzy procesami prawidłowymi a patologicznymi. Model wzrostu i rotacji grzyba Phycomyces blakesleeanus opracowano przy wykorzystaniu ciągłego modelu mechanicznego opartego na nieliniowości, spiralnej anizotropii i elastyczności. Wraz z modelem wzrostu dla morfologii muszli będzie to miało istotny wpływ na badanie procesów zakażeń grzybiczych i rozwoju roślin oraz na wiele innych zastosowań. Pofałdowanie błon śluzowych jest często spotykane w tkankach biologicznych, w których występuje wyboczenie wskutek niestabilności, do której dochodzi, gdy różnicowy wzrost konkuruje z siłami mechanicznymi, takimi jak ciśnienie. Naukowcy opracowali także model opisywania pofałdowania błon śluzowych, które powoduje zwężenie dróg oddechowych u pacjentów z przewlekłą astmą pod wpływem narażenia pacjenta na krytyczne wartości ciśnienia. Przebudowa włókien anizotropowych może opisywać morfogenezę tkanek i struktur biologicznych, takich jak kolagen i celuloza. Takie tkanki składają się z miękkiej macierzy wzmocnionej włóknami i stanowią integralną część organizmu ssaków, zwierząt i roślin. Badanie wzorców wzrostu w oparciu o siłę i kierunek naprężeń wyjaśni złożoną dynamikę sprzężenia zwrotnego. Badacze opracowali model symulujący wzrost nowotworu i jego oddziaływanie na układ odpornościowy, który wykorzystuje komórki zabijające nowotwory: regulatorowe limfocyty T, pomocnicze limfocyty T i komórki dendrytyczne. Wyniki sugerują, że dla danej szybkości wzrostu nowotworu istnieje optymalne działanie antygenu, które zwiększa odpowiedź układu odpornościowego. W przypadku niektórych nowotworów taka terapia obejmuje optymalną dawkę komórek dendrytycznych. Narzędzia opracowane w ramach projektu MORPHOELASTICITY mogą znaleźć zastosowanie m.in. w badaniach nad rakiem, tworzeniem się tętniaków w tętnicach oraz rozwojem i inwazjami drobnoustrojów. Modele te dostarczą nowych informacji na temat wielu procesów biologicznych, które będą mogły zostać wykorzystane w wielu różnych dziedzinach badań, takich jak biologia roślin, biomedycyna, biofizyka i zoologia.
