Het modelleren van stamcelgedrag tijdens de regeneratie van platwormen

Platwormen kunnen elk lichaamsdeel, inclusief de hersenen, regenereren, zelfs uit kleine amputatiefragmenten die slechts een fractie van de oorspronkelijke lichaamsgrootte zijn. De overvloed aan stamcellen is van vitaal belang tijdens regeneratie en leidt tot allerlei nieuw gevormde weefsels. Deze cellen zijn slechts een paar micrometer in doorsnede, maar leggen afstanden van vele centimeters af om de wondplaats te bereiken.

De onderzoekers van dit project combineren fluorescentiemetingen ter plaatse met nieuwe stamcelmanipulatietechnieken, natuurkundige data-analyse en computermodellering om het gedrag van stamcellen tijdens de regeneratie van platwormen te begrijpen. Ze gebruiken bijvoorbeeld celverlenging voor het bepalen van de migratierichting en een theoretisch kader voor LCD's om migratie-gestuurde celschikking te omschrijven.

Voorlopige gegevens laten al een breed scala aan verschillende gedragingen zien, afhankelijk van het type amputatie en de positie van de stamcel in het lichaam. De onderzoekers zijn er ook achter gekomen dat kankermedicijnen een omkeerbare stilstand in stamcellen in de celcyclus teweeg kunnen brengen. Dit soort protocollen voor experimenten en analyses zijn belangrijke hulpmiddelen bij het bestuderen van stamcelgedrag.

Eén van de pijlers van het project is de ontwikkeling van rekenhulpmiddelen om de migratie van individuele of groepen cellen naar aanleiding van chemische impulsen te modelleren. Celmigratie is van belang voor vele fysiologische en pathologische processen, zoals het vormen van een complex lichaam tijdens de embryonale ontwikkeling, wondgenezing en regeneratie, alsook metastase bij kanker. Het vermogen van de cel om externe signalen op te vangen en richting dit signaal te polariseren is een belangrijke stap in het celmigratieproces, hetgeen gesimuleerd kan worden door middel van Cellular Potts modellen (CPM).

Met behulp van Cellular Potts modelleersoftware (Compucell3D) zal dit project een nauwkeurig gedocumenteerde gegevensbank van celmodellen met betrekking tot celdetectie, -polarisatie en -migratie opleveren. Het onderzoek legt de nadruk op de fundamentele eigenschappen en complexe details van het CPM framework, die vaak over het hoofd worden gezien.

Voortgang (augustus 2023)

Nu het project hulpmiddelen heeft opgeleverd voor het kwantificeren van celmigratie en het manipuleren van stamcellen, ligt de focus op de ontwikkeling van een rekensysteem om celmigratie te modelleren. Zo brengen de onderzoekers bijvoorbeeld, in samenwerking met hun partner aan de Universiteit Utrecht (Kirsten ten Tusscher), grotendeels onbekende details en valkuilen bij het opstellen van CPM-simulaties in kaart. Verder wordt er een plan ontwikkeld om het CPM-systeem aan cursussen aan WUR en de UU toe te voegen en studenten te leren hoe ze deze nuttige modelleertechniek kunnen gebruiken.