Reaction-diffusion models for morphological patterning of hESCs
Reaction-diffusion models for morphological patterning of hESCs
复制标题
hESC 形态模式的反应扩散模型
DOI：
10.1007/s00285-021-01674-3
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发表时间：
2021
影响因子：
1.9
通讯作者：
Perepelitsa, Misha
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Bedekar, Prajakta;Timofeyev, Ilya;Warmflash, Aryeh;Perepelitsa, Misha
在本文中，我们考虑了最近实验工作中描述的用BMP 4（类胃体细胞）处理的空间受限的人胚胎干细胞（hESC）的自组织图案化动力学的数学建模（Warmflash in Nat Methods 11：847-854，2014;查布拉in PloS Biol 17：3000498，2019）。在本文的第一部分中，我们使用Gierer和Meinhardt的激活剂-抑制剂方程，根据动态图案化的特征，为三种形态发生蛋白BMP 4、Wnt和Nodal中的每一种确定3个反应-扩散制度。我们确定适当的边界条件，对应于实验设置和进行数值模拟的反应扩散（RD）系统，使用有限元近似，以确认RD系统在这些制度中产生现实的蛋白质浓度的动态。在本文的第二部分中，我们使用分析工具来解决的存在性和稳定性的非齐次平衡状态的反应扩散系统的类型中考虑的文件的第一部分的问题。
In this paper we consider mathematical modeling of the dynamics of self-organized patterning of spatially confined human embryonic stem cells (hESCs) treated with BMP4 (gastruloids) described in recent experimental works (Warmflash in Nat Methods 11: 847–854, 2014; Chhabra in PloS Biol 17: 3000498, 2019). In the first part of the paper we use the activator-inhibitor equations of Gierer and Meinhardt to identify 3 reaction-diffusion regimes for each of the three morphogenic proteins, BMP4, Wnt and Nodal, based on the characteristic features of the dynamic patterning. We identify appropriate boundary conditions which correspond to the experimental setup and perform numerical simulations of the reaction-diffusion (RD) systems, using the finite element approximation, to confirm that the RD systems in these regimes produce realistic dynamics of the protein concentrations. In the second part of the paper we use analytic tools to address the questions of the existence and stability of non-homogeneous steady states for the reaction-diffusion systems of the type considered in the first part of the paper.
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Krause A