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FP7

MORPHOELASTICITY — Risultato in breve

Project ID: 256377
Finanziato nell'ambito di: FP7-PEOPLE
Paese: Regno Unito

Creare modelli matematici dei sistemi biologici

L’implementazione di modelli matematici di alta precisione dei sistemi biologici e fisiologici per studiare la crescita, struttura e funzione presenta diverse difficoltà tecniche. La soluzione è una combinazione di geometria differenziale, elasticità esatta e termodinamica non-lineare.
Creare modelli matematici dei sistemi biologici
I membri del progetto MORPHOELASTICITY (Morphoelasticity: The mathematics and mechanics of biological growth), finanziato dall’UE, hanno sviluppato con successo modelli per rappresentare schemi della crescita superficiale di conchiglie, funghi, pieghe delle mucose, rimodellamento delle vie aeree e rimodellamento delle fibre anisotropiche. L’utilizzo di questi strumenti per rappresentare la crescita e le forze fisiche fornisce un chiaro confronto tra processi normali e processi patologici.

Il modello di crescita e rotazione del fungo Phycomyces blakesleeanus è stato realizzato utilizzando un modello meccanico continuo, combinando non linearità, anisotropia elicoidale ed elasticità. Insieme al modello di crescita della superficie per la morfologia della conchiglia, questo modello ha importanti implicazioni per lo studio dei processi di infezioni fungine, la crescita delle piante e altre applicazioni ad ampio raggio.

La piegatura delle mucose è un evento comune dei tessuti biologici in cui si verificano deformazioni causate dall’instabilità, quando la crescita differenziale compete con forze meccaniche come la pressione. Gli scienziati hanno anche sviluppato un modello per descrivere la piegatura delle mucose che provoca un restringimento delle vie aeree nei pazienti asmatici cronici in seguito all’esposizione a pressione elevata.

Il rimodellamento delle fibre anisotropiche può descrivere la morfogenesi nei tessuti e nelle strutture biologiche, quali collagene e cellulosa. Tali tessuti sono composti da una matrice morbida rinforzata con fibre e sono parte integrante di mammiferi, animali e piante. Lo studio dei modelli di crescita basati sulla forza e sulla direzione del sollecitamento chiarirà le loro complesse dinamiche di feedback.

I ricercatori hanno sviluppato un modello che simula la crescita di un tumore e la sua interazione con il sistema immunitario che ha incorporato le cellule di soppressione tumorale (cellule T regolatorie, cellule T helper e cellule dendritiche). I risultati suggeriscono che per un dato tasso di crescita del tumore, c’è un’azione antigene ottimale che massimizza la risposta del sistema immunitario. Per alcuni tumori, in questa terapia è presente una dose ottimale di cellule dendritiche.

Gli strumenti MORPHOELASTICITY potrebbero essere applicati, ad esempio, nella ricerca sul cancro, sulla formazione di aneurismi arteriosi e sulla crescita e invasione microbica. Questi modelli forniranno nuovi punti di vista su diversi processi biologici, consentendo la ricerca in campi diversi come la biologia vegetale, la biomedicina, la biofisica e la zoologia.

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Keywords

Sistemi biologici, modelli matematici, MORPHOELASTICITY, crescita superficiale, tumore