Grupo de pesquisa

Grupo de Neurodesenvolvimento e Neurofisiologia

Estamos desenvolvendo um framework computacional que poderia ser usado por pesquisadores para construir modelos espaciais dinâmicos de crescimento e organização de tecidos neurais, bem como dinâmicas de estímulos básicos.

Nosso framework incorpora recursos ausentes de outros modelos de rede neural biológica existentes, incluindo a possibilidade de traçar o destino de uma célula individual no sistema à medida que ela se desenvolve, registrar as mudanças de um grande número de diferentes parâmetros biologicamente relevantes e descrever o comportamento da população celular como um todo. A abordagem da Modelagem da Rede Neural Celular Biológica (BCNNM) usa uma descrição predicada de sequências de reações bioquímicas e pode ser usada para executar modelos complexos de formação de rede neural multicamadas a partir de um número limitado de células-tronco. Uma execução de modelo recapitula eventos celulares cruciais no desenvolvimento do sistema nervoso. O framework da BCNNM é implementado com base nos princípios da modelagem dinâmica, com a possibilidade de descrição de processos probabilísticos. Os mecanismos biológicos podem ser caracterizados de forma abrangente, e os usuários podem escolher os detalhes desejados para os processos descritos (desde mudanças nas concentrações enzimáticas intracelulares até interações de grupos celulares formando estruturas multicelulares de alto nível). Podemos construir estruturas com conexões esparsas e específicas, criar modelos de condução de sinais dentro dessas estruturas e revelar peculiaridades de seus trabalhos.

O framework pode ser usado para a replicação completa de experimentos in vitro destinados a obter conjuntos exaustivos de medições de todos os componentes-chave (células, seus compartimentos, sinapses etc.), fornecendo novos dados para pesquisas neurais. Testes computacionais preliminares de novas hipóteses são outra aplicação importante que reduzirá o custo das configurações de experimentos em laboratórios "molhados" e acelerará o pipeline de pesquisa.

Tópicos de pesquisa:

  • Estudo dos estágios iniciais da neurogênese: regulação da proliferação de células precursoras neurais e diferenciação em tipos celulares maduros; estabelecimento de proporções de tipos de células maduras "saudáveis".
  • Experimentação com estágios posteriores da neurogênese: migração celular e laminação no córtex, formação de redes.
  • Modelagem do desenvolvimento e dos processos celulares em organoides cerebrais – complexos agregados in vitro 3D de células cerebrais.
  • Neurogênese pós-traumática.

O projeto foi lançado em dezembro de 2013. Desde maio de 2014, ele opera como parte da JetBrains Research.

Modelo de desenvolvimento de organoides cerebrais

Introduzimos o framework BCNNM: um framework de modelagem DES (Sistema de Eventos Distintos) para simulações espaciais de tecidos neurais. Ele inclui um conjunto de mecanismos celulares básicos: difusão química, proliferação celular, migração e morte celular. Todos os modelos são configurados externamente. O BCNNM pode ser executado em qualquer plataforma com suporte para Java: Windows, Linux e OSx, entre outros. Ele é capaz de simular milhares de células em poucos minutos, até mesmo em um laptop. Estamos desenvolvendo o framework BCNNM com o intuito de ajudar as comunidades científicas e industriais nos esforços de desvendar comportamentos complexos de células neurais em vários micro-ambientes.

Membros do Grupo

Dmitry Bozhko
Dmitry Bozhko
Chefe de Laboratório/Grupo de Pesquisa
George Galumov
George Galumov
Pesquisador
Alex Polovian
Alex Polovian
Pesquisador
Vladislav Myrov
Vladislav Myrov
Pesquisador
Sofia Kolchanova
Sofia Kolchanova
Pesquisador
Victoria Stelmakh
Victoria Stelmakh
Biólogo