軸突三維定向生長動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、軸突的定向生長是實(shí)現(xiàn)神經(jīng)元之間的準(zhǔn)確鏈接、構(gòu)建精致復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵，也是近年來眾多的實(shí)驗(yàn)及計(jì)算神經(jīng)科學(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)之一。加深對軸突生長導(dǎo)向機(jī)制的理解不僅有助于揭示神經(jīng)發(fā)育的奧秘，而且能夠?yàn)樯窠?jīng)損傷再生研究提供理論借鑒、為開發(fā)有利于神經(jīng)再生的藥物及醫(yī)療技術(shù)提供新思路。以往的有關(guān)研究多是借助于細(xì)胞在體外二維培養(yǎng)基上的試驗(yàn)進(jìn)行的，三維問題由于實(shí)驗(yàn)和計(jì)算技術(shù)上的網(wǎng)難還很少見。但細(xì)胞在體內(nèi)通常受三維基質(zhì)包圍，所處的環(huán)境與在二維基底上的情況有所

2、不同，即便是二維基底，當(dāng)其粗糙度或高低起伏的程度可以與細(xì)胞的大小相比較時(shí)也應(yīng)該按三維問題對待。因此，為了全面理解軸突生長的潛在機(jī)制、仔細(xì)分析生長錐在粗糙的二維培養(yǎng)基上的運(yùn)動(dòng)，就必須研究三維問題。 本文主要從力學(xué)角度，建立了由胞外信號分子梯度引導(dǎo)的軸突三維定向生長數(shù)值模擬的基本框架，運(yùn)用ADI差分法和Lattice Boltzmann法模擬了三維基質(zhì)中軸突定向生長的過程、以及生長過程中出現(xiàn)的成束和解束現(xiàn)象，討論了細(xì)胞基底的起伏程度

3、對軸突的生長速率、成束和解束速率的影響。同時(shí)，借鑒一般運(yùn)動(dòng)細(xì)胞遷移的研究方法，對軸突生長錐的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了研究。其創(chuàng)新點(diǎn)和主要結(jié)果如下： 第一、建立了軸突在三維環(huán)境中定向生長的數(shù)學(xué)模型。用ADI差分法和改進(jìn)的歐拉法進(jìn)行了數(shù)值模擬。著重考察了細(xì)胞外信號分子的梯度以及基底的起伏程度對軸突生長的的趨化性、成束和解束的影響。 第二、對上述數(shù)學(xué)模型中的移動(dòng)反應(yīng)擴(kuò)散問題，給出了Lattice Boltzmann算法，以便處理復(fù)雜邊界和實(shí)