Forschungsgruppe

Gruppe der Neuroentwicklung und Neurophysiologie

Wir entwickeln ein Framework, das von Forschern genutzt werden könnte, um dynamische räumliche Modelle um dynamische räumliche Modelle des Wachstums und der Organisation von neuronalem Gewebe sowie der grundlegenden Stimulusdynamik zu erstellen..

Unser Framework enthält Funktionen, die in anderen bestehenden biologischen neuronalen Netzwerkmodellen fehlen, einschließlich der Möglichkeit, das Schicksal einer einzelnen Zelle im System zu verfolgen, während sie sich entwickelt, die Veränderungen einer großen Anzahl verschiedener biologisch relevanter Parameter zu registrieren und das Verhalten der Zellenpopulation als Ganzes zu beschreiben. Der Ansatz des Biological Cellular Neural Network Modeling (BCNNM) verwendet eine Prädikatsbeschreibung von Sequenzen biochemischer Reaktionen und kann verwendet werden, um komplexe Modelle der mehrschichtigen neuronalen Netzwerkbildung aus einer begrenzten Anzahl von Stammzellen auszuführen. Ein Modelllauf rekapituliert wichtige zelluläre Ereignisse in der Entwicklung des Nervensystems. Das BCNNM-Framework basiert auf den Prinzipien der dynamischen Modellierung mit der Möglichkeit der probabilistischen Prozessbeschreibung implementiert. Biologische Mechanismen können umfassend charakterisiert werden und Benutzer*innen können den gewünschten Detaillierungsgrad der beschriebenen Prozesse wählen (von Verschiebungen intrazellulärer Enzymkonzentrationen bis zu Interaktionen von Zellgruppen, die hochrangige multizelluläre Strukturen bilden).. Wir können Strukturen mit spärlichen und spezifischen Verbindungen aufbauen, Modelle der Signalleitung innerhalb solcher Strukturen erstellen und Besonderheiten ihrer Arbeit offenbaren.

Das Framework kann für eine gründliche Silico-Replikation von In-vitro-Experimenten verwendet werden, die darauf abzielen, erschöpfende Sätze von Messungen aller Schlüsselkomponenten (Zellen, ihre Kompartimente, Synapsen usw.) zu erhalten und neue Daten für die neuronale Forschung bereitzustellen. Vorläufige Berechnungstests neuartiger Hypothesen sind eine weitere wichtige Anwendung, die die Kosten für die Einrichtung von "Wet-Lab"-Experimenten senkt und die Forschungspipeline beschleunigt.

Forschungsthemen:

  • Untersuchung der frühen Stadien der Neurogenese: Regulation von neuronalen Vorläuferzellen' Proliferation und Differenzierung in reife Zelltypen; Festlegung "gesunden" reifen Zelltypverhältnissen.
  • Experimentierung mit späteren Stadien der Neurogenese: Zellmigration und Laminierung im Kortex, Netzwerkbildung.
  • Modellierung der Entwicklung und zellulärer Prozesse in zerebralen Organoiden – komplexe 3D-In-vitro-Aggregate von Gehirnzellen.
  • Posttraumatische Neurogenese.

Das Projekt wurde im Dezember 2013 gestartet. Seit Mai 2014 ist es Teil von JetBrains Research.

Cerebral Organoid Entwicklungsmodell

Wir führen das BCNNM-Framework ein: ein Discrete Event System (DES)-Modellierungsframework für räumliche Simulationen neuronaler Gewebe. Es enthält eine Reihe von grundlegenden zellulären Mechanismen: chemische Diffusion, Zellproliferation, Migration und Zelltod. Alle Modelle sind extern konfiguriert. Das BCNNM kann auf jeder Plattform, die Java unterstützt, ausgeführt werden: Windows, Linux, OSX unter anderem. Es ist in der Lage, Tausende von Zellen in Minuten zu simulieren, auch auf einem Laptop. Wir entwickeln das BCNNM-Framework mit dem Ziel, sowohl die wissenschaftlichen als auch die industriellen Gemeinschaften bei der Entschlüsselung komplexer Verhaltensweisen von Nervenzellen in verschiedenen Mikroumgebungen zu unterstützen.

Gruppenmitglieder

Dmitry Bozhko
Dmitry Bozhko
Leiter*in Forschungslabor/-gruppe
George Galumov
George Galumov
Forscher*in
Alex Polovian
Alex Polovian
Forscher*in
Vladislav Myrov
Vladislav Myrov
Forscher*in
Sofia Kolchanova
Sofia Kolchanova
Forscher*in
Victoria Stelmakh
Victoria Stelmakh
Biolog*in