Grootschalige computersimulaties onthullen biologisch groeiproces

Publication date: 09-11-2016

Onderzoekers van Centrum Wiskunde & Informatica (CWI) in Amsterdam en het Academisch Medisch Centrum (AMC) hebben grootschalige computersimulaties gebruikt om te ontdekken hoe celtypes samenwerken om nieuwe bloedvaten te vormen. Het begrijpen van bloedvatgroei is essentieel voor het begrijpen en beïnvloeden van processen zoals tumorgroei, wondgenezing en oogziekten. De resultaten van de simulaties zijn vandaag gepubliceerd in het online tijdschrift PLoS ONE.

Computationele modellen en simulaties worden steeds belangrijker in de levenswetenschappen. Simulaties maken het mogelijk om hypotheses te testen en te ontwikkelen in veel complexere situaties dan in het lab haalbaar zijn. Ze kunnen vaak herhaald worden met verschillende eigenschappen om grote hoeveelheden data te genereren, waarmee onderzoekers nieuwe hypotheses kunnen testen en ontdekkingen doen.

De onderzoekers van CWI en AMC gebruikten computerclusters gebruikt om grote aantallen virtuele experimenten te doen aan bloedvatgroei. Bij bloedvatgroei zijn twee celtypen betrokken: tipcellen die het ontspruitende bloedvat aanvoeren, en stalkcellen die volgenExperimenteel biologen konden het niet eens worden over het mechanisme waarmee de stalkcellen de tipcellen achtervolgen

De onderzoekers modelleerden de groei van een bloedvatnetwerk en voerden virtuele experimenten met dit model uit.  Door de eigenschappen van de cellen systematisch te variëren ontdekten zij welke eigenschappen verantwoordelijk zijn voor de taakverdeling tussen tip- en stalkcellen. Tipcellen hebben minder aantrekkingskracht tot andere cellen dan stalkcellen, en hebben daarom de neiging weg te bewegen. De stalkcellen worden wel aangetrokken tot de tipcellen en volgen hen, en duwen hen daardoor nog verder weg, waardoor het bloedvat groeit. De eerste labexperimenten, waarin de activiteit gemanipuleerd werd van genen  die verantwoordelijk zijn voor de onderlinge aantrekkingskracht, lijken deze hypothese te bevestigen.

Begrip van bloedvatgroei is belangrijk voor medisch onderzoekers die dit proces willen beïnvloeden. Voorbeelden zijn het vertragen van bloedvatgroei om tumoren uit te hongeren, het versterken van groei om wondgenezing te versnellen of, zoals de medisch onderzoekers in dit project, om te begrijpen hoe het proces kan ontsporen om oogaandoeningen als diabetische retinopathie te veroorzaken.

 

Meer informatie:

'Computational Screening of Tip and Stalk Cell Behavior Proposes a Role for Apelin Signaling in Sprout Progression', PLOS One, doi:10.1371/journal.pone.0159478