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Mesoscopic Rigid Body Modelling of the Extracellular Matrix Self-Assembly

机译：细胞外基质自组装的介观刚体建模

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摘要

The extracellular matrix (ECM) plays an important role in supporting tissues and organs. It even has a functional role in morphogenesis and differentiation by acting as a source of active molecules (matrikines). Many diseases are linked to dysfunction of ECM components and fragments or changes in their structures. As such it is a prime target for drugs. Because of technological limitations for observations at mesoscopic scales, the precise structural organisation of the ECM is not well-known, with sparse or fuzzy experimental observables. Based on the Unity3D game and physics engines, along with rigid body dynamics, we propose a virtual sandbox to model large biological molecules as dynamic chains of rigid bodies interacting together to gain insight into ECM components behaviour in the mesoscopic range. We have preliminary results showing how parameters such as fibre flexibility or the nature and number of interactions between molecules can induce different structures in the basement membrane. Using the Unity3D game engine and virtual reality headset coupled with haptic controllers, we immerse the user inside the corresponding simulation. Untrained users are able to navigate a complex virtual sandbox crowded with large biomolecules models in a matter of seconds.
机译：细胞外基质（ECM）在支持组织和器官中起着重要作用。通过充当活性分子（matrikines）的来源，它甚至在形态发生和分化中具有功能性作用。许多疾病与ECM组件和碎片的功能障碍或结构改变有关。因此，它是药物的主要目标。由于介观尺度观测的技术局限性，ECM的精确结构组织尚不为人所知，可观察到的实验稀疏或模糊。基于Unity3D游戏和物理引擎，以及刚体动力学，我们提出了一个虚拟沙箱，用于对大型生物分子进行建模，因为刚体的动态链相互作用在一起以深入了解介观范围内的ECM组件行为。我们有初步结果表明，诸如纤维柔韧性或分子之间相互作用的性质和数量之类的参数如何在基底膜中诱导不同的结构。通过使用Unity3D游戏引擎和虚拟现实耳机以及触觉控制器，我们将用户沉浸在相应的模拟中。未经训练的用户能够在几秒钟内导航到一个充满大型生物分子模型的复杂虚拟沙箱。

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