Mengukur Perubahan Gaya Jaringan Fiber yang Dihasilkan Saat Diganti Dengan Gaya Eksternal: 8 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:57

Sel dapat berinteraksi dengan matriks ekstraseluler (ECM) di sekitarnya dan dapat menerapkan serta merespons gaya yang diberikan oleh ECM. Untuk proyek kami, kami mensimulasikan jaringan serat yang saling terkait yang akan bertindak sebagai ECM dan melihat bagaimana jaringan berubah sebagai respons terhadap pergerakan salah satu titik. ECM dimodelkan sebagai sistem pegas yang saling terkait yang awalnya berada dalam kesetimbangan dengan gaya total nol. Ketika gaya diterapkan pada jaringan sebagai respons terhadap pergerakan titik, kami mencoba membuat titik-titik yang terhubung bereaksi terhadap gaya sedemikian rupa sehingga mereka berusaha untuk kembali ke keseimbangan. Gaya dipantau oleh persamaan F=k*x di mana k adalah konstanta pegas dan x adalah perubahan panjang serat. Simulasi ini dapat membantu memberikan pemahaman umum tentang propagasi gaya dalam jaringan berserat yang pada akhirnya dapat digunakan untuk membantu mensimulasikan mekanotransduksi.

Langkah 1: Buat Matriks NxN dari Kuadrat Seragam

Untuk memulai kode, kami memilih N yang akan menentukan dimensi jaringan kami (NxN). Nilai N dapat diubah secara manual untuk mengubah dimensi jaringan sesuai kebutuhan. Dalam contoh ini, N=8 jadi kita memiliki jaringan titik 8x8. Setelah kita membangkitkan matriks, kita menghubungkan semua titik dalam matriks yang memiliki panjang 1 satuan menggunakan rumus jarak, jarak = sqrt((x2-x1)^2+(y2-y1)^2). Dengan melakukan ini, kami mendapatkan jaringan kotak yang semuanya sama-sama berjarak 1 unit. Hal ini dapat dilihat pada gambar 101.

Langkah 2: Mengacak Jaringan

Pada langkah ini, kita ingin mengacak semua lokasi titik kecuali titik terluar yang akan membentuk batas kita. Untuk melakukan ini, pertama-tama kita cari semua koordinat matriks yang sama dengan 0 atau N. Titik-titik inilah yang membentuk batas. Untuk titik non-batas, lokasi diacak dengan menambahkan nilai acak yang berbeda dari -.5 hingga.5 pada posisi x dan y. Gambar acak yang diplot dapat dilihat pada Gambar 1.

Langkah 3: Dapatkan Jarak Baru

Setelah jaringan acak kami dibuat, kami menemukan jarak antara titik-titik yang terhubung menggunakan rumus jarak lagi.

Langkah 4: Pilih Titik dan Bandingkan Jarak Dari Titik Itu ke Titik Lainnya

Pada langkah ini, kita dapat memilih suatu titik tujuan dengan menggunakan kursor, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Anda tidak perlu memindahkan kursor tepat ke titik tersebut karena kode akan menyesuaikannya dengan titik koneksi terdekat. Untuk melakukan ini, pertama-tama kita menghitung jarak antara semua titik yang terhubung dan titik yang baru saja kita pilih. Setelah semua jarak dihitung, kami memilih titik dengan jarak terkecil dari titik yang dipilih untuk menjadi titik terpilih yang sebenarnya.

Langkah 5: Pindah ke Titik Baru

Pada langkah ini, dengan menggunakan titik yang dipilih pada langkah sebelumnya, kami memindahkan titik tersebut ke lokasi baru. Gerakan ini dilakukan dengan memilih posisi baru dengan kursor yang akan menggantikan posisi sebelumnya. Gerakan ini akan digunakan untuk mensimulasikan gaya yang diberikan karena perubahan panjang pegas. Dalam gambar semua biru, lokasi baru sedang dipilih. Pada gambar berikut, pergerakan dapat divisualisasikan dengan sambungan jingga yang merupakan lokasi baru dibandingkan dengan sambungan biru yang merupakan lokasi lama.

Langkah 6: Gaya = K*jarak

Pada langkah ini kita menerapkan persamaan gaya=k*jarak, di mana k adalah konstanta 10 untuk serat kolagen. Karena jaringan serat dimulai pada keadaan setimbangnya, gaya totalnya adalah 0. Kami membuat vektor nol dengan panjang matriks yang kami hasilkan sebelumnya untuk mewakili keseimbangan ini.

Langkah 7: Ubah Gerakan Jaringan Karena Titik yang Dipindahkan

Pada langkah ini, kami mensimulasikan pergerakan jaringan sebagai respons terhadap pergerakan titik untuk kembali ke keadaan setimbangnya. Kita mulai dengan mencari jarak baru antara dua titik. Dengan ini kita dapat menemukan perubahan panjang serat dengan melihat perbedaan antara jarak lama dan baru. Kita juga dapat melihat titik mana yang telah berpindah dan juga titik yang terhubung dengannya dengan membandingkan lokasi titik baru dan lama. Ini memungkinkan kita untuk melihat titik mana yang harus bergerak sebagai respons terhadap gaya yang diberikan. Arah gerakan dapat dipecah menjadi komponen x dan y, memberikan vektor arah 2D. Dengan menggunakan nilai k, perubahan jarak, dan vektor arah, kita dapat menghitung vektor gaya yang dapat digunakan untuk memindahkan titik-titik kita menuju kesetimbangan. Kami menjalankan bagian kode ini 100 kali, setiap kali bergerak dengan peningkatan Force*.1. Menjalankan kode 100 kali memungkinkan kita untuk akhirnya mencapai keseimbangan lagi dan dengan menjaga kondisi batas kita melihat perubahan dalam jaringan, bukan hanya seluruh pergeseran. Pergerakan jaringan dapat dilihat pada Gambar 3 dengan warna kuning sebagai posisi yang dipindahkan dan warna biru sebagai posisi sebelumnya.

Langkah 8: Kode Selesai

Terlampir di bagian ini adalah salinan kode kami. Jangan ragu untuk memodifikasinya sesuai kebutuhan Anda dengan memodelkan berbagai jaringan!