Modelling of photo-thermal control of biological cellular oscillators.
Modelling of photo-thermal control of biological cellular oscillators.
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DOI：
10.1140/epjst/e2013-02049-0
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发表时间：
2013-10-01
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Neiman AB
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Assanov GS;Zhanabaev ZZ;Govorov AO;Neiman AB
我们研究了生物振荡器在短热脉冲作用下的暂态动力学。白对虾的外周电感受器是一个很有前景的振荡器热控制实验系统。这些受体中的上皮细胞表现出自发的电压振荡，这被认为是温度敏感的。我们使用一个计算模型来预测这个系统中短时间热脉冲的影响。在我们的模型中，热刺激是通过金纳米颗粒的光激发来实现的，纳米金颗粒靠近上皮细胞，并由于等离子体共振而产生热量。我们使用一套改进的Morris-LeCar系统来模拟振荡上皮细胞。首先，我们验证了该模型定量地再现了对虾电感受器上皮振荡的动力学，包括对静态和缓慢温度变化的反应。其次，我们使用该模型来预测由光驱动的金纳米粒子产生的短热脉冲的瞬时响应。该模型预测，短暂的5-15ms光刺激可以使上皮振荡器部分同步，导致平均场势的大幅振荡。
We study the transient dynamics of biological oscillators subjected to brief heat pulses. A prospective well-defined experimental system for thermal control of oscillators is the peripheral electroreceptors in paddlefish. Epithelial cells in these receptors show spontaneous voltage oscillations which are known to be temperature sensitive. We use a computational model to predict the effect of brief thermal pulses in this system. In our model thermal stimulation is realized through the light excitation of gold nanoparticles delivered in close proximity to epithelial cells and generating heat due to plasmon resonance. We use an ensemble of modified Morris-Lecar systems to model oscillatory epithelial cells. First, we validate that the model quantitatively reproduces the dynamics of epithelial oscillations in paddlefish electroreceptors, including responses to static and slow temperature changes. Second, we use the model to predict transient responses to short heat pulses generated by the light actuated gold nanoparticles. The model predicts that the epithelial oscillators can be partially synchronized by brief 5 – 15 ms light stimuli resulting in a large-amplitude oscillations of the mean field potential.
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