Hybrid cell-centred/vertex model for multicellular systems

Author

Mosaffa, Payman

Director

Muñoz Romero, José Javier

Date of defense

2017-11-11

Pages

126 p.



Department/Institute

Universitat Politècnica de Catalunya. Facultat de Matemàtiques i Estadística

Abstract

This thesis presents a hybrid vertex/cell-centred approach to mechanically simulate planar cellular monolayers undergoing cell reorganisation. Cell centres are represented by a triangular nodal network, while the cell boundaries are formed by an associated vertex network. The two networks are coupled through a kinematic constraint which we allow to relax progressively. Cell-cell connectivity changes due to cell reorganisation or remodelling events, are accentuated. These situations are handled by using a variable resting length and applying an Equilibrium-Preserving Mapping (EPM) on the new connectivity, which computes a new set of resting lengths that preserve nodal and vertex equilibrium. As a by-product, the proposed technique enables to recover fully vertex or fully cell-centred models in a seamless manner by modifying a numerical parameter of the model. The properties of the model are illustrated by simulating monolayers subjected to imposed extension and during a wound healing process. The evolution of forces and the EPM are analysed during the remodelling events.


Esta tesis presenta un modelo híbrido para la simulación mecánica de monocapas celulares. Este modelo combina métodos de vértices y centrados en la célula, y está orientado al análisis de deformaciones con reorganización celular. Los núcleos vienen representados por nodos que forman una malla triangular, mientras que las contornos (membranas y córtex) forman una malla poligonal de vértices. Las dos mallas se acoplan a través de una restricción cinemática que puede ser relajada de forma controlada. El estudio hace especial hincapié en los cambios de conectividad, tanto debidos a la reorganización celular como el remodelado del citoesqueleto. Estas situaciones se abordan a través de una longitud de referencia variable y aplicando un Mapeo con Conservación de Equilibrio (EPM) que minimiza el error en el equilibrio nodal y en los vértices. La técnica resultante puede ser adaptada progresivamente a través de un parámetro, dando lugar a un modelo exclusivamente de vértices o a uno de centros. Sus propiedades se ilustran en simulaciones de monocapas sujetas a una extensión impuesta y durante el proceso de cicatrizado de heridas. La evolución de las fuerzas y los efectos del EPM durante el remodelado se analizan en estos ejemplos.

Subjects

51 - Mathematics; 531/534 - Mechanics

Knowledge Area

Àrees temàtiques de la UPC::Matemàtiques i estadística

Documents

TPM1de1.pdf

3.273Mb

 

Rights

ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs.

This item appears in the following Collection(s)