Een team onderzoekers van de Universiteit van Californië, Berkeley, heeft een nieuw wiskundig raamwerk ontwikkeld dat licht werpt op hoe cellen communiceren om een ​​embryo te vormen. Het raamwerk, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications, zou wetenschappers kunnen helpen beter te begrijpen hoe ontwikkelingsstoornissen optreden en hoe deze mogelijk kunnen worden gecorrigeerd.

Tijdens de embryonale ontwikkeling communiceren cellen met elkaar via een verscheidenheid aan chemische signalen. Deze signalen vertellen cellen wanneer ze moeten delen, wanneer ze moeten differentiëren en wanneer ze moeten bewegen. De nauwkeurige coördinatie van deze cellulaire processen is essentieel voor de goede vorming van een embryo.

De complexiteit van cellulaire communicatie tijdens de embryonale ontwikkeling heeft het voor wetenschappers echter moeilijk gemaakt om te begrijpen hoe het allemaal werkt. Het nieuwe wiskundige raamwerk, ontwikkeld door de Berkeley-onderzoekers, biedt een manier om deze complexiteit te vereenvoudigen en te analyseren.

Het raamwerk is gebaseerd op het idee dat cellulaire communicatie kan worden weergegeven als een netwerk van interacties. In dit netwerk wordt elke cel weergegeven door een knooppunt en worden de interacties tussen cellen weergegeven door randen. De sterkte van elke interactie wordt weergegeven door een gewicht.

Door de structuur van dit netwerk te analyseren, konden de onderzoekers de belangrijkste kenmerken identificeren die essentieel zijn voor de embryonale ontwikkeling. Ze ontdekten dat het netwerk sterk met elkaar verbonden is, waarbij elke cel met veel andere cellen communiceert. Ze ontdekten ook dat het netwerk is georganiseerd in modules, of groepen cellen die sterker met elkaar interacteren dan met cellen in andere modules.

Deze bevindingen suggereren dat cellulaire communicatie tijdens de embryonale ontwikkeling in hoge mate gecoördineerd is en dat defecten in deze coördinatie kunnen leiden tot ontwikkelingsdefecten. Het nieuwe wiskundige raamwerk biedt wetenschappers een hulpmiddel om deze defecten te bestuderen en potentiële therapieën te ontwikkelen.

"Ons raamwerk biedt een manier om te begrijpen hoe cellen communiceren om een ​​embryo te vormen", zegt hoofdauteur van het onderzoek, dr. Boris Ryvkin. "Dit inzicht zou ons kunnen helpen de oorzaken van ontwikkelingsstoornissen te identificeren en nieuwe manieren te ontwikkelen om deze te voorkomen."

De onderzoekers zijn van plan hun nieuwe raamwerk te gebruiken om verschillende ontwikkelingsstoornissen te bestuderen, waaronder geboorteafwijkingen en kanker. Ze hopen dat hun werk zal leiden tot nieuwe inzichten in deze ziekten en nieuwe behandelingen ervoor.