Projektbeschreibung
Welche Mechanismen sind für die Extremitätenentwicklung verantwortlich?
Viele Menschen leiden an Erkrankungen oder angeborenen Fehlern der Gelenk- oder Extremitätenfunktion, die ihren Alltag stark beeinträchtigen. Daher sollten zwingend die Mechanismen geklärt werden, die der Gelenkfunktion und Extremitätenbildung zugrunde liegen. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts COMPLIMB soll ein wegweisendes Rechenmodell entwickelt werden, mit dem sich die Extremitätenentwicklung bei Wirbeltieren vorhersagen lässt. Es wird eingehend untersuchen, wie sich bestimmte Veränderungen auf die Gelenkentwicklung und das Wachstum der Extremitäten auswirken. Die Beobachtungen fließen anschließend in ein leistungsfähiges Rechenmodell ein. Das Modell könnte als wichtiges Vorhersageinstrument dienen, um Gelenkfehlstellungen besser zu behandeln und angeborene Fehler beim Menschen schneller zu erkennen.
Ziel
Understanding the roles of motion and mechanotransduction in joint formation holds promise for the study and treatment of joint deformities in humans. Joint development has been widely studied in axolotls (Ambystoma mexicanum), as these animals regrow whole limbs throughout their life. Axolotl limbs are morphologically similar to human limbs and utilize the same biological rubrics as ontogenic growth. To draw from the therapeutic potential of these similarities, we propose to build a multi-scale multi-physics computational model for the prediction of vertebrate limb development. Our model will be based on in vivo data obtained using novel imaging techniques via NSF-funded experiments on axolotl limb growth, and will be utilised to determine the physical mechanisms of normal and pathological joint morphogenesis. To this end, in AIM 1 we will build a finite element model of growth at the tissue level to study how specific changes in limb motion regulate joint morphology. Next, in AIM 2 we will build a model of growth at the molecular level to determine how biochemical and biomechanical signalling pathways interact during normal and pathological joint development. Finally, in AIM 3 we will integrate both experimental and computational data from the different length scales into a single multi-scale mechano-biochemical model of vertebrate limb growth. A computational model that links the biomechanics and biochemistry of normal and pathological limb development at the subcellular, cellular and tissue scales is a powerful predictive tool. We envisage this tool will be utilised to optimise treatment therapies for joint deformities and better inform the preventive screening of congenital defects in humans.
Wissenschaftliches Gebiet
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08034 Barcelona
Spanien