胚胎上皮中钙波的力学化学模型
组织与器官
2023-06-27 v1 数值分析
数值分析
摘要
在胚胎发生过程中，上皮细胞作为独立实体或组织中的协调聚集体，在化学信号传导和对内外部应力的机械响应之间表现出强耦合。细胞间通讯与这种形态发生运动的协调相结合，可导致细胞中钙分布的显著改变。在本文中，我们将最近的一维上皮连续体力学化学模型[K. Kaouri, P.K. Maini, P.A. Skourides, N. Christodoulou, S.J. Chapman. J. Math. Biol., 78 (2019) 2059--2092]扩展到更真实的多维情况。由此得到的参数化控制方程由钙信号传导的对流-扩散-反应系统组成，该系统与主动应力线性粘弹性耦合，并配备纯Neumann边界条件。我们采用混合有限元方法来模拟这一复杂的多物理场问题。特别关注粘弹性无应力边界条件的处理，以消除可容许位移空间中的刚体运动。利用不动点理论证明了连续弱形式的稳定性和可解性。我们对系统的解进行了数值研究，表明孤立波和周期性波列通过胚胎上皮片传播。在一维模型分岔分析的指导下，我们分析了系统的分岔。我们还展示了钙火花成核为与收缩耦合的同步钙波的过程。该耦合模型可用于深入理解胚胎发生中的最新实验观察结果，也可用于其他生物系统，如癌细胞、伤口愈合、角质形成细胞或白细胞。
引用
@article{arxiv.2111.02068,
title = {Mechanochemical models for calcium waves in embryonic epithelia},
author = {Katerina Kaouri and Paul E. Méndez and Ricardo Ruiz-Baier},
journal= {arXiv preprint arXiv:2111.02068},
year = {2023}
}
备注
29 pages