Computer Modeling of Tissue Development

Abstract

Title: Computer Modeling of Tissue Development Author: Vojtěch Bednář Department: Department of applied mathematics Supervisor: Doc. RNDr. Zdeněk Hedrlín, CSc. Abstract: This thesis describes hybrid individual cell-based approach to modeling of systems of biological cells. In the first part reaction-diffusion model of environment is introduced together with vax equilibrium and model of a cell based on zygotic graph and cummulative states. Further, simulations modeling three biologically motivated situations are introduced: Lumen formation, tumor growth, and cellular migration in chronic inflammation. The first model shows a scenario of hollow structure formation based on directional division and cellular migration. The second model is concerned with the growth of a progeny of a slightly damaged cell. The resulting tumor exhibits three stages of malign transformation. Further, emergence of an aggressive tumor without detectable precursor is observed on one hand and a continual transformation of a benign neoplasm into a malign one is seen on the other hand. Each of these cases is a consequence of different parametrization of the model situation. The last model analyses the role of membrane enzymatic activity in migrating cells of the immune system in chronic inflammation. In this model it is observed that...

Název práce: Počítačové modelování vývoje tkání Autor: Vojtěch Bednář Katedra: Katedra aplikované matematiky Vedoucí: Doc. RNDr. Zdeněk Hedrlín, CSc. Abstrakt: Tato práce popisuje hybridní na individuální buňce založený přístup k modelování soustav biologických buněk. V první části je zaveden reakčně-difúzní model prostředí, vaxové ekvilibrium a model buňky postavený na zygotickém grafu a kumulačních stavech. Dále jsou představeny simulace modelující tři biologicky motivované situace: Vznik dutiny, růst nádoru a buněčnou migraci v chronickém zánětu. První model ukazuje scénář formování duté struktury založený na směrovém dělení a buněčné migraci. Druhý model se zabývá růstem potomstva mírně poškozené buňky. Výsledný nádor vykazuje tři stádia maligní transformace. Dále je pozorován jak vznik agresivního nádoru bez detekovatelného prekurzoru na jedné straně tak postupná transformace benigního útvaru na maligní na druhé, každý jako důsledek jiné parametrizace modelové situace. Poslední model se zabývá analýzou role membránové enzymatické aktivity na migrujících buňkách imunitního systému v chronickém zánětu. V tomto modelu je pozorováno, že absence této aktivity je zodpovědná za výskyt chronického zánětu namísto fyziologicky relevantní imunitní odpovědi. Klíčová slova: hybridní model, agentně založené...