Grupo de investigación

Grupo de Neurodesarrollo y Neurofisiología

Estamos desarrollando un marco de trabajo computacional que los investigadores podrían utilizar para construir modelos espaciales dinámicos de crecimiento y organización del tejido nervioso, así como dinámicas básicas de estímulo.

Nuestro marco de trabajo aporta características ausentes en otros modelos de redes neurales biológicas existentes, e incluyen la posibilidad de rastrear el destino de una célula individual en el sistema a medida que se desarrolla, registrar los cambios de un gran número de diferentes parámetros con relevancia biológica y describir el comportamiento de la población celular en su conjunto. El enfoque del modelado de redes neurales celulares biológicas (BCNNM) utiliza una descripción funcional de secuencias de reacciones bioquímicas y se puede utilizar para ejecutar modelos complejos de formación de redes neurales multicapa a partir de un número limitado de células madre. AL ejecutar un modelo, se sintetizan actos celulares cruciales en el desarrollo del sistema nervioso. El marco de trabajo de BCNNM se implementa según los principios del modelado dinámico con la posibilidad de describir los procesos probabilísticos. Los mecanismos biológicos se pueden caracterizar de forma integral y los usuarios pueden elegir el detalle deseado para los procesos descritos (desde cambios en las concentraciones de enzimas intracelulares hasta interacciones de grupos celulares que forman estructuras multicelulares de alto nivel). Podemos construir estructuras con conexiones escasas y específicas, crear modelos de conducción de señales dentro de dichas estructuras y revelar peculiaridades de su funcionamiento.

El marco de trabajo se puede utilizar para la replicación informática completa de experimentos in vitro destinados a obtener conjuntos exhaustivos de mediciones de todos los componentes clave (células, sus compartimentos, sinapsis, etc.), lo que proporcionará nuevos datos para la investigación neurológica. Las pruebas computacionales preliminares de hipótesis novedosas son otra aplicación importante que reducirá el coste de la configuración de experimentos de laboratorio y acelerará la canalización de la investigación.

Temas de investigación:

  • Estudio de las primeras etapas de la neurogenia: regulación de la proliferación de las células precursoras neurológicas y diferenciación de tipos de células maduras; establecimiento de cocientes de tipos de células maduras "sanas".
  • Experimentos con etapas avanzadas de la neurogenia: migración celular y laminación en la corteza, formación de redes.
  • Modelado de los procesos celulares y de desarrollo en organoides cerebrales: agregados in vitro 3D complejos de células cerebrales.
  • Neurogenia postraumática.

El proyecto se puso en marcha en diciembre de 2013. Desde mayo de 2014, ha estado en funcionamiento como parte de JetBrains Research.

Modelo de desarrollo de organoides cerebrales

Presentamos el marco de trabajo BCNNM: un marco de trabajo de modelado con un sistema de acontecimientos aislados (DES) para realizar simulaciones de tejido nervioso espacial. Incluye un conjunto de mecanismos celulares básicos: difusión química, proliferación celular, migración y muerte celular. Todos los modelos se configuran de forma externa. El BCNNM se puede ejecutar en cualquier plataforma que admita Java, como Windows, Linux u OSX. Es capaz de simular miles de células en minutos incluso en un ordenador portátil. Estamos desarrollando el marco de trabajo BCNNM con la intención de que ayude tanto a las comunidades científicas como a las industriales a la hora de desentrañar comportamientos complejos de las células neurológicas en diversos microambientes.

Miembros del grupo

Dmitry Bozhko
Dmitry Bozhko
Responsable del laboratorio/grupo de investigación
George Galumov
George Galumov
Investigador
Alex Polovian
Alex Polovian
Investigador
Vladislav Myrov
Vladislav Myrov
Investigador
Sofia Kolchanova
Sofia Kolchanova
Investigador
Victoria Stelmakh
Victoria Stelmakh
Biólogo