Beskriver voksende væv i termodynamikkens sprog

Et nøgletræk ved biologiske væv er deres inhomogenitet og deres evne til at vokse via cellereproduktion. For at studere denne adfærd er det vigtigt at beskrive det ved hjælp af ligninger, som tager højde for faktorer, herunder væksthastigheder, kemisk signalering og vævsstruktur.

Forskere fra Paris sigter mod at udvikle konsistente kontinuerlige beskrivelser af disse dybt komplekse systemer:præcist at forudsige egenskaber såsom celle-reproduktionshastigheder, lidelse, og hvordan deres vækst varierer i forskellige rumretninger, afhængigt af deres interaktioner.

Gennem deres nye analyse offentliggjort i The European Physical Journal Plus , Joseph Ackermann og Martine Ben Amar ved Sorbonne University Paris, viser, at vævsudvikling pålideligt kan fanges inden for "Onsagers variationsprincip", en matematisk ramme, der anvendes i vid udstrækning inden for termodynamik.

Deres tilgang kunne føre til en dybere forståelse af vævsegenskaber på tværs af en bred vifte af scenarier, fra væsentlige processer såsom embryoudvikling til skadelige processer såsom tumorvækst.

Inden for termodynamik beskriver Onsagers variationsprincip, hvordan systemer tenderer mod en tilstand af minimal dissipation, da de hele tiden ændres af deres egne transformationer og deres omgivelser. Matematisk udtrykker princippet disse systemer som grupper af indbyrdes forbundne ligninger, der hver beskriver ændringshastighederne for visse størrelser, der beskriver dem.

Med udgangspunkt i Onsagers variationsprincip udledes nye "momentum" og vækstligninger, som bedre kunne beskrive masseflowet og proliferationen samt orienteringen af ​​celler i biologiske væv. Deres ligninger betragtede cellernes vækst og dødsrater, såvel som de kemiske reaktioner, der driver deres aktivitet. Denne tilgang kunne også illustrere tilblivelsen af ​​mønstre i voksende organer.

Samlet set viser duoens arbejde endegyldigt, hvordan Onsagers variationsprincip kan være et værdifuldt værktøj til at udforske forskellige teoretiske scenarier i voksende væv, og hvordan deres vækst afhænger af interaktioner mellem forskellige egenskaber i cellulær skala.

Flere oplysninger: Joseph Ackermann et al., Onsagers variationsprincip i prolifererende biologiske væv, i nærvær af aktivitet og anisotropi, The European Physical Journal Plus (2023). DOI:10.1140/epjp/s13360-023-04669-9

Leveret af SciencePOD