< Terug naar vorige pagina

Project

Multi-schaal modelleren in bot tissue engineering: van biomateriaal tot intracellulaire signalisatie cascades via de cel.

Botregeneratie wordt, net zoals andere genezingsprocessen, haarfijn gecontroleerd en gestuurd door een waaier van celsoorten, biochemische, fysische en mechanische factoren. In tegenstelling tot andere weefsels kunnen botten zich echter naadloos herstellen tot hun oorspronkelijke vorm, grootte en sterkte. Ondanks deze opmerkelijke helingscapaciteit en de reeds opgebouwde kennis rond botregeneratie, is er nog steeds een beperkt inzicht in de verstoorde heling van complexe orthopedische gevallen. De basishypothese van dit doctoraatswerk stelt dat wiskundige modellering een belangrijke bijdrage kan leveren tot een beter begrip van botregeneratie door de onderliggende mechanismen te ontrafelen alsook mogelijke behandelingsstrategieën in silico uit te werken.

Het eerste deel van dit werk beschrijft de uitbreiding van een bestaand bioregulatorisch model met een intracellulaire module van de Dll4-Notch1 terugkoppelingslus. Op deze manier kan de ingroei van bloedvaten door middel van vertakkingsangiogenese correct weergegeven worden. De voorspellingen van het nieuwe MOSAIC model zijn afgetoetst met experimentele resultaten en een uitgebreide sensitiviteitsanalyse is uitgevoerd op de nieuwe set van parameters. Het multischaal MOSAIC model toont ook aan dat het een krachtig werktuig is om de invloed van de moleculaire mechanismen op het angiogeneseproces en vervolgens ook het botvormingsproces te onderzoeken.

Het tweede deel van deze doctoraatstudie werkt de verdere verbetering van het MOSAIC model uit. De wiskundige vertaling van de invloed van zuurstof op het gedrag van skeletale cellen is gedetailleerd beschreven. Een uitgebreide literatuurstudie is ook uitgevoerd om de overeenkomst te verzekeren van de celspecifieke zuurstofafhankelijke processen met de huidige stand van experimentele kennis hieromtrent. Het nieuwe zuurstofmodel is gevalideerd met reeds gepubliceerde data en een sensitiviteitsanalyse toont het robuuste karakter van het zuurstofmodel aan met betrekking tot de zuurstofdrempelwaarden. Tot slot vindt er een opsomming plaats van de beperkingen en zwakke punten van het zuurstofmodel, samen met enkele suggesties voor verbeteringen en toekomstig onderzoek.

Het laatste deel van dit werk illustreert de toegevoegde waarde van het zuurstofmodel aan de hand van drie complexe helingsgevallen: de ontwikkeling van niet-unies in grote botdefecten, de implantatie van botgreffes in een beschadigde omgeving en de verstoorde heling van breuken in NF1 patiënten. Het zuurstofmodel wordt niet alleen gebruikt om de onderliggende oorzaken van deze uitdagende orthopedische condities te ontrafelen, er worden ook enkele mogelijke behandelingsstrategieën naar voor geschoven.

Dit doctoraatswerk besluit dat een gecombineerde in vivo-in silico methode het huidige begrip van botregeneratie kan verdiepen alsook effectieve behandelingsstrategieën voor complexe botfracturen kan ontwikkelen.

Datum:1 okt 2010 →  30 sep 2014
Trefwoorden:biomateriaal
Disciplines:Biomechanica, Orthopedie, Heelkunde, Verpleegkunde, Biologische systeemtechnologie, Biomateriaal engineering, Biomechanische ingenieurswetenschappen, Medische biotechnologie, Andere (bio)medische ingenieurswetenschappen
Project type:PhD project