Descrizione del progetto
Forze modellanti generate dalle cellule ristrutturano i propri microambienti
Le cellule rilevano e si adattano costantemente ai segnali del proprio microambiente. Oltre a quelli biochimici, rispondono a segnali meccanici o biofisici, che possono a loro volta inviare. I meccanismi alla base di questi processi sono ancora poco noti, ma recenti ricerche hanno rivelato che le forze generate dalle cellule sono in grado di ristrutturare il substrato sottostante. Con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, il progetto TopCellComm svilupperà un nuovo quadro di calcolo per definire un modello di tali forze, che coniugherà il formalismo a campo di fase con un modello matematico di deformazione non lineare del substrato, per chiarire i meccanismi alla base delle interazioni di singole cellule e di coppie di cellule con i loro substrati sottostanti. L’obiettivo finale è produrre uno strumento predittivo a sostegno della progettazione di biomateriali per la medicina rigenerativa.
Obiettivo
The processes through which cells sense, adapt, and respond to their environment are fundamental to development and homeostasis. Mechanical forces, exerted and experienced by cells, can act as messengers, however, the exact mechanisms by which cells perceive and generate forces have not been elucidated yet. Here, I aim to explore a phenomenon, in which cells autonomously exploit folding and topographical restructuring of their underlying substrates as a means of self-induced guidance and communication mechanism to coordinate their individual and collective behaviours. Guided by the Prof. Doostmohammadi group’s recent collaborative study, revealing cell-generated forces from the folding patterns in real-time, I will develop a computational framework and will use it to numerically dissect the crosstalk between cell activity and self-generated patterns of substrate deformation. To model cell-generated forces, I will employ the phase-field formalism coupled will be coupled to the mathematical model of nonlinear substrate deformation. By utilising available data, I will calibrate the model and carry out simulations to uncover the underlying mechanics of single cell interactions with the substrate and emergent topographic anisotropies. I will then extend the model to consider interaction between pairs of cells on a substrate and elucidate the phenomena of topography-mediated cell communication. These actions will act as a first step towards the interconnection between multicellular-scale self-organized topographic modification and cell migration. Thus, this project at the intersection of mathematics, biology, and bioengineering will be a significant step towards delivering a state-of-the-art predictive tool for the design of biomaterials for regenerative medicine.
Campo scientifico
Programma(i)
- HORIZON.1.2 - Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA) Main Programme
Meccanismo di finanziamento
MSCA-PF - MSCA-PFCoordinatore
1165 Kobenhavn
Danimarca