Bone remodeling as a spatial evolutionary game

بازسازی استخوان یک فرایند پیچیده است که شامل تعاملات سلول-سلولی، سیگنال های بیوشیمیایی و محرک های مکانیکی است. مدل های اولیه از جنبه های زیست محیطی بازسازی، غیر فضایی بوده و بر روی دینامیک محلی در محل ثابت استخوان تمرکز می کنند. چندین پسوند فضایی این مدل ها پیشنهاد شده است، اما معمولا از دو محدودیت رنج می برند: اول، آنها نمی توانند به تجزیه و تحلیل و قابل پردازش گران باشند، و دوم، آنها نقش را با استئوسیت های استخوانی تعبیه می کنند. برای رسیدگی به این مسائل، ما یک مدل جدید از بازسازی فضایی بر اساس اصول تئوری بازی تکامل ایجاد کردیم. چارچوب تحلیلی قابل تعریف تومورهای فضایی بین مناطق جذب استخوان، تشکیل استخوان و استخوان خالی را توصیف می کند و به صراحت تنظیم مقررات بازسازی با استئوسایت های مکانیکی پوشیده شده با استخوان را در نظر می گیرد. با استفاده از ابزارهای تئوری سیستم های ذرات تعامل، نظامهای پویای مختلف مدل فضایی را به طور سیستماتیک و مناطق مشخص شده از فضای پارامترها که همسویی جهانی، جذب، شکل گیری و خشن بودن را در نظر می گیرند، طبقه بندی می کنیم، همانطور که در بازسازی فیزیولوژیکی دیده می شود. در سناریوهای همزیستی، شبیه سازی های سه بعدی نشانگر ظهور خوشه های اسفنجی مانند استخوان بود. در مقایسه بین دینامیک فضایی و غیر فضایی تفاوت های قابل توجهی را نشان می دهد و نقش ثابت کننده فضا را پیشنهاد می کند. یافته های ما بر اهمیت حسابداری ساختار فضایی و استئوزایت های استخوانی تعبیه شده در هنگام مدل سازی روند بازسازی استخوان تاکید می کند. به لطف چارچوب مبتنی بر شبکه، مدل پیشنهادی به راحتی می تواند به یک مدل مکانیکی از بارگذاری استخوان وصل شود.