Wetenschap
Groeiende weefsels beschrijven in de taal van de thermodynamica
Een belangrijk kenmerk van biologische weefsels is hun inhomogeniteit en hun vermogen om te groeien via celreproductie. Om dit gedrag te bestuderen, is het belangrijk om het te beschrijven met behulp van vergelijkingen, die rekening houden met factoren als groeisnelheid, chemische signalen en weefselstructuur.
Onderzoekers uit Parijs willen consistente, continue beschrijvingen van deze zeer complexe systemen ontwikkelen:nauwkeurig voorspellen van eigenschappen zoals celreproductiesnelheid, wanorde en hoe hun groei varieert in verschillende ruimterichtingen, afhankelijk van hun interacties.
Via hun nieuwe analyse gepubliceerd in The European Physical Journal Plus , Joseph Ackermann en Martine Ben Amar van de Sorbonne Universiteit in Parijs, laten zien dat weefselontwikkeling op betrouwbare wijze kan worden vastgelegd binnen 'Onsager's variatieprincipe', een wiskundig raamwerk dat veel wordt gebruikt in de thermodynamica.
Hun aanpak zou kunnen leiden tot een dieper begrip van weefseleigenschappen in een breed scala aan scenario's, van essentiële processen zoals de ontwikkeling van embryo's tot schadelijke processen zoals tumorgroei.
In de thermodynamica beschrijft Onsagers variatieprincipe hoe systemen neigen naar een toestand van minimale dissipatie, aangezien ze voortdurend worden veranderd door hun eigen transformaties en hun omgeving. Wiskundig gezien drukt het principe deze systemen uit als groepen onderling verbonden vergelijkingen, die elk de veranderingssnelheden van bepaalde grootheden beschrijven.
Uitgaande van Onsager's variatieprincipe worden nieuwe 'momentum'- en groeivergelijkingen afgeleid, die de stroom van massa en de proliferatie, evenals de oriëntaties van cellen in biologische weefsels, beter zouden kunnen beschrijven. Hun vergelijkingen hielden rekening met de groei- en sterftecijfers van cellen, evenals met de chemische reacties die hun activiteit aansturen. Deze aanpak zou ook het ontstaan van patronen in groeiende organen kunnen illustreren.
Alles bij elkaar laat het werk van het duo definitief zien hoe Onsagers variatieprincipe een waardevol hulpmiddel kan zijn voor het onderzoeken van verschillende theoretische scenario's in groeiende weefsels, en hoe hun groei afhangt van interacties tussen verschillende eigenschappen op cellulaire schaal.