Исследование процессов переупаковки клеток в эпителиальных листах in silico: часть II. Развитие ткани в условиях различных границ

Представлен комплексный анализ процессов переупаковки клеток в эпителиальных тканях, проведённый с использованием усовершенствованной математической модели эволюции эпителиальной ткани. Модель является дискретной, в основе которой используется вершинная математическая модель. В представленной в работе математической модели учтены ключевые процессы реальных тканей, такие как деление клеток, интеркаляция, хемомеханическое взаимодействие и перераспределение химических сигналов. Это позволяет учитывать влияние механических и химических факторов при морфогенезе эпителия. В исследовании основное внимание уделено процессам переупаковки клеток в различных условиях, а именно: при срастании клеточной массы, развивающейся в другой ткани; развитии эпителиальной ткани в условиях упругих и твёрдых границ; развитии эпителиальной ткани при неравномерном процессе деления и интеркаляции и при миграции клетки в ткани. Проведено комплексное численное моделирование, позволившее выявить закономерности морфогенетических преобразований эпителиальных структур. Установлены критические параметры интеркаляции, обеспечивающие оптимальное перераспределение механических напряжений при срастании тканей. Также установлено, что ключевым фактором в описываемой динамике является не столько изменение энергетического ландшафта, сколько уровень локальной подвижности клеток на границе двух тканей. Выявлены принципиальные различия в распределении касательных напряжений при росте ткани в условиях жестких и упругих границ. Качественное сравнение полученных нами результатов с разультатами клинических исследований, доступных в литературе, даёт удовлетворительную оценку согласия. Показано, что режимы клеточного деления (активация и ингибирование) существенно влияют на энергетический баланс системы. Выявлено, что в условиях ингибирования деления клеток, отсутствует процесс релаксации ткани, непосредственно связанный с делением клеток, что приводит к постепенному накаплению механических напряжений. Это в свою оцередь может иметь последствия для её морфогенеза, устойчивости и отклика на внешние воздействия. Также сравнительный анализ выявил характерные особенности амебоидного и мезенхимального типов миграции клеток. Полученные результаты имеют значение для понимания фундаментальных механизмов морфогенеза, регенерации тканей и развития патологических процессов, а также могут быть использованы в тканевой инженерии и разработке терапевтических подходов.