Menggunakan Model Bidomain Mekanik untuk Menganalisis Perilaku Biomekanik Kardiomiosit

Selama dekade 2010-2020, penelitian saya bergeser dari bioelektrik dan biomagnetisme ke biomekanik dan mekanotransduksi. Saya mengambil model bidomain elektrofisiologi jantung—dijelaskan dalam Bab 7 dari Fisika Menengah untuk Kedokteran dan Biologi— dan mengadaptasinya untuk menggambarkan pertumbuhan dan remodeling sebagai respons terhadap kekuatan mekanis. Dengan kata lain, saya menukar resistor dengan pegas. Upaya ini tidak sepenuhnya berhasil, tetapi saya pikir ini memberikan beberapa wawasan yang berguna.

Pada tahun 2015 saya menjelaskan model bidomain mekanis dalam bab Kardiomiosit: Metode dan Protokol. Buku ini adalah bagian dari seri Metode dalam Biologi Molekuler, dan setiap bab memiliki format yang tidak biasa. Penelitian ini diuraikan, dengan rincian diturunkan ke koleksi ekstensif catatan akhir. Edisi kedua buku itu diusulkan, dan saya dengan patuh menyerahkan bab yang diperbarui. Namun, edisi baru tidak pernah terjadi. Daripada melihat bab saya sia-sia, saya menawarkannya kepada Anda, pembaca yang budiman. Anda dapat mengunduh draf bab saya untuk edisi kedua di sini. Bagi Anda yang hanya punya waktu untuk meringkas, berikut abstraknya.

Model bidomain mekanik memberikan deskripsi makroskopik biomekanik jaringan jantung, dan juga memprediksi kopling mikroskopis antara matriks ekstraseluler dan sitoskeleton intraseluler kardiomiosit. Tujuan dari bab ini adalah untuk memperkenalkan model mekanik bidomain, untuk menggambarkan metode matematika yang diperlukan untuk memecahkan persamaan model, untuk memprediksi di mana gaya membran yang bekerja pada protein integrin yang menghubungkan ruang intraseluler dan ekstraseluler besar, dan menyarankan eksperimen untuk menguji prediksi modelnya.

Perbedaan utama antara bab dalam edisi pertama dan yang dikirimkan untuk yang kedua adalah bagian baru yang disebut “Eksperimen untuk Menguji Model Bidomain Mekanik.” Di sana saya menjelaskan bagaimana model dapat mereproduksi data yang diperoleh saat mempelajari koloni sel induk embrionik, lembaran jaringan jantung yang direkayasa, dan zona perbatasan antara daerah normal dan iskemik di jantung. Bab ini diakhiri dengan pengamatan ini:

Kontribusi paling penting dari pemodelan matematika dalam biologi adalah membuat prediksi yang dapat diuji secara eksperimental. Model bidomain mekanik membuat banyak prediksi, di berbagai bidang seperti pengembangan, rekayasa jaringan, dan hipertrofi.

Saya sangat menyukai sosok baru di edisi kedua. Ini adalah revisi dari sosok yang dibuat oleh Xavier Trepat dan Jeffrey Fredberg yang membandingkan mekanobiologi dengan permainan tarik tambang. Saya menambahkan sifat elastis dari ruang ekstraseluler (panah hijau), dengan mengatakan, “Seolah-olah permainan tarik tambang dimainkan pada permukaan yang fleksibel, seperti lembaran elastis yang rata.” Dengan kata lain, tarik tambang di atas trampolin.

BACA JUGA :  Cara Memilih Film yang Tepat untuk Jendela Anda – Rabbitgoo

Menikmati!

Model biomekanik jaringan “tarik-menarik”, diadaptasi dari ilustrasi oleh Trepat dan Fredberg.
Model biomekanik jaringan “tarik-menarik”, diadaptasi dari ilustrasi oleh Trepat dan Fredberg. Atas: gaya intraseluler (kuning), ekstraseluler (hijau) dan integrin (biru) yang bekerja pada satu lapis sel. Tengah: Kekuatan analog di antara para pemain permainan tarik tambang. Angka ini melampaui angka
Trepat dan Fredberg dengan membiarkan ruang intraseluler dan ekstraseluler bergerak. Bawah: Representasi model bidomain mekanis dengan tangga pegas.

Leave a Reply

Your email address will not be published.