عنوان پایان‌نامه
تحلیل ریاضی بازسازی مایلین در بیماری ام- اس
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق- مهندسی پزشکی - بیوالکتریک
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2335;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 59867
- تاریخ دفاع
- ۲۱ اردیبهشت ۱۳۹۲
- دانشجو
- صابر دینی
- استاد راهنما
- فریبا بهرامی بوده لالو
- چکیده
- بدن مهره داران سازوکاری دارد که تخریب مایلین توسط سیستم ایمنی در بیماری ام-اس را ترمیم میکند. این بازسازی مایلین توسط سلول های گلیال در مغز صورت میگیرد. میکروگلیاها که نگهبان مغز هستند، پس از تشخیص محل تخریب، با ترشح مواد التهابی میکروگلیاهای دیگر و آستروسیت ها را فعال و به محل تخریب فراخوانی میکنند. سلولهای پیش ساز الیگودندروسیت (OPC) که وظیفه ی ایجاد الیگودندروسیت جدید را دارند نیز به دلیل وجود فاکتورهای رشدی که از آستروسیت ها ترشح میشود به محل تخریب مهاجرت میکنند. اگر تعداد کافی OPC در محل تخریب جمع شود و به الیگودندروسیت های جدید تبدیل شوند، صفحه های جدید مایلین دوباره به دور آکسونهای در معرض آتروفی پیچیده میشوند و بافت تا حد قابل قبولی ترمیم مییابد. اما گزارش شده است که حضور این سلولهای گلیال، خصوصاً آستروسیت ها، در محل تخریب مضراتی نیز دارد. آستروسیت های متورم و متعدد در محل آسیب (آستروگلیوسیس) با اشغال فضای اطراف محل تخریب مایلین و سد کردن راه مهاجرت OPCها، به آنها اجازه ی حضور در محل تخریب را نمیدهند. این ویژگی منفی سدکنندگی آستروسیت ها در کنار ویژگی مثبت ترشح فاکتورهای رشد برای OPCها، چالشی در مورد مفید یا مضر بودن آنها به وجود میآورد. ما در این پژوهش یک مدل ریاضی مکانی-زمانی برای بازسازی مایلین پیشنهاد کردهایم. این مدل از دو بخش معادلات دیفرانسیل پارهای و روش ایجاد اشیاء با ثابت انتشار بسیار کم تشکیل شده است. بخش اول دینامیک سلولها و مواد شیمیایی را توصیف و بخش دوم ویژگی سدکنندگی آستروسیت ها را مدل میکند. انجام تحلیل خطی پایداری شرط ایجاد تجمع و انبوهش سلولهای گلیال در محل تخریب، که شرط لازم برای موفقیت بازسازی مایلین است، را به دست داد. این شرط آستانه ای برای تعداد سلولهای میکروگلیای لازم برای ایجاد انبوهش سلولی را به دست میدهد. در قسمت ایجاد اشیاء با ثابت انتشار بسیار کم، دایره هایی را با نمونه برداری از یک تابع توزیع احتمال مخلوط گاوسی، که از توزیع غلظت آستروسیت ها به دست آمده است، بر روی حوزه ی حل مدل قرار دادیم. شبیه سازی هایی که با تعداد مختلف آستروسیت انجام شد این نتیجه را داد که برای بیشینه شدن بازسازی مایلین تعداد آستروسیت باید در محدوده ی مشخصی باشد. با در نظر گرفتن این محدوده ی بهینه میتوان کنترل دارو را به نحو مطلوب انجام داد. لغات کلیدی: بیماری ام-اس، بازسازی مایلین، میکروگلیا، آستروسیت، OPC، ماده ی التهابی، فاکتور رشد، تحلیل خطی پایداری، ایجاد اشیاء با ثابت انتشار بسیار کم.
- Abstract
- Brain of vertebrates has a mechanism to restore the demyelination caused by immune system in the MS disease. This Remyelination is done by glial cells in the brain. Microglia, the guardians of the brain, find the demyelinated area and summon other microglia and astrocytes to the area after activating them. Oligodendrocyte Progenitor Cells (OPC), that have a duty to produce new oligodendrocytes also migrate to the demyelinated area for the growth factors secreted by astrocytes. If enough OPCs are gathered in the demyelinated area and differentiate to new oligodendrocytes, myelin sheaths will be wrapped around the atrophic axons and the tissue will be restored almost appropriately. However, it is reported that the presence of glial cells, especially astrocytes, around the demyelinated area has disadvantageous. Numerous and inflated astrocytes (astrogliosis) obstruct the migration path of OPCs to the demyelinated area by filling the areas around the demyelinated region. This negative characteristic of astrocytes in obstructing the migration path of OPCs along with their positive characteristic in secreting the growth factors for OPCs make controversies about if they are beneficial or detrimental. In this research, we proposed a spatio-temporal mathematical model for remyelination. This model is constituted of two parts: partial differential equations (PDE) and method of creating objects with very low diffusion coefficient. First part describes dynamics of cells and chemical materials and second part describes the obstructing characteristic of astrocytes. Linear stability analysis results explain the condition for glial cell aggregation in the demyelinated area, which is crucial for remyelination. This condition declares a threshold for the necessary number of microglia for glial aggregation. In the method of creating objects with very low diffusion coefficient, circles are placed on the domain by sampling from the probability function with mixture of Gaussian distributions. This probability function is obtained from concentration of astrocytes achieved by solving the PDEs of the model. Results of simulations with different number of astrocytes explain that remyelination will be optimized if the numbers of astrocytes are in distinct region. This distinct region can leads us to control the inflammatory drugs of MS to optimize the remyelination process. Keywords: Multiple Sclerosis disease, remyelination, microglia, astrocyte, OPC, inflammatory, growth factor, linear stability analysis, creating objects with very low diffusion coefficient.
