Skip to main content
CenXiv.org
此网站处于试运行阶段,支持我们!
我们衷心感谢所有贡献者的支持。
贡献
赞助
cenxiv logo > q-bio > arXiv:2505.13361

帮助 | 高级搜索

定量生物学 > 神经与认知

arXiv:2505.13361 (q-bio)
[提交于 2025年5月19日 (v1) ,最后修订 2025年5月22日 (此版本, v2)]

标题: 基于反馈驱动的轴突在平行微图案上延伸的动力学模型

标题: Feedback-Driven Dynamical Model for Axonal Extension on Parallel Micropatterns

Authors:Kyle Cheng, Udathari Kumarasinghe, Cristian Staii
摘要: 尽管在理解神经元发育方面取得了显著进展,但将细胞内机制与轴突生长过程中的环境线索完全整合在一起的定量框架仍不完备。 在这里,我们提出一个统一的生物物理模型,该模型捕捉了控制微图案基底上轴突延伸的关键机械化学过程。 在这些环境中,轴突倾向于沿图案方向排列,形成束状,并以恒定速度前进。 该模型集成了四个核心组件:(i)肌动蛋白-黏附牵引耦合,(ii)相邻轴突之间的侧向抑制,(iii)从胞体到生长锥的微管运输,以及(4)由基质各向异性引导的取向动力学。 动态系统分析表明,肌动蛋白黏附子系统中的鞍结点分岔驱动了向高牵引运动状态的转变,而牵引反馈改变了信号回路中的叉式分岔,促进了对称性破缺和稳健的排列。 微管运输子系统中的精确线性解作为内置的速度调节器,确保了稳定的伸长率。 使用实验推断参数的模拟准确再现了伸长速度、排列方差和束间距。 该模型为通过调节基质硬度和黏附动力学来增强轴突排列提供了明确的设计规则。 通过识别关键控制参数,本工作为神经修复和工程组织系统的生物材料的合理设计奠定了基础。
摘要: Despite significant advances in understanding neuronal development, a fully quantitative framework that integrates intracellular mechanisms with environmental cues during axonal growth remains incomplete. Here, we present a unified biophysical model that captures key mechanochemical processes governing axonal extension on micropatterned substrates. In these environments, axons preferentially align with the pattern direction, form bundles, and advance at constant speed. The model integrates four core components: (i) actin-adhesion traction coupling, (ii) lateral inhibition between neighboring axons, (iii) tubulin transport from soma to the growth cone, and (4) orientation dynamics guided by the substrate anisotropy. Dynamical systems analysis reveals that the saddle-node bifurcation in the actin adhesion subsystem drives a transition to a high-traction motile state, while traction feedback shifts a pitchfork bifurcation in the signaling loop, promoting symmetry breaking and robust alignment. An exact linear solution in the tubulin transport subsystem functions as a built-in speed regulator, ensuring stable elongation rates. Simulations using experimentally inferred parameters accurately reproduce elongation speed, alignment variance, and bundle spacing. The model provides explicit design rules for enhancing axonal alignment through modulation of substrate stiffness and adhesion dynamics. By identifying key control parameters, this work enables rational design of biomaterials for neural repair and engineered tissue systems.
评论: 13页,6幅图
主题: 神经与认知 (q-bio.NC) ; 适应性与自组织系统 (nlin.AO); 细胞行为 (q-bio.CB); 定量方法 (q-bio.QM)
引用方式: arXiv:2505.13361 [q-bio.NC]
  (或者 arXiv:2505.13361v2 [q-bio.NC] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2505.13361
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Cristian Staii [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 5 月 19 日 17:06:21 UTC (4,402 KB)
[v2] 星期四, 2025 年 5 月 22 日 19:54:50 UTC (4,402 KB)
全文链接:

获取论文:

    查看标题为《》的 PDF
  • 查看中文 PDF
  • 查看 PDF
  • HTML(实验性)
  • TeX 源代码
  • 其他格式
许可图标 查看许可
当前浏览上下文:
q-bio.NC
< 上一篇   |   下一篇 >
新的 | 最近的 | 2025-05
切换浏览方式为:
nlin
nlin.AO
q-bio
q-bio.CB
q-bio.QM

参考文献与引用

  • NASA ADS
  • 谷歌学术搜索
  • 语义学者
a 导出 BibTeX 引用 加载中...

BibTeX 格式的引用

×
数据由提供:

收藏

BibSonomy logo Reddit logo

文献和引用工具

文献资源探索 (什么是资源探索?)
连接的论文 (什么是连接的论文?)
Litmaps (什么是 Litmaps?)
scite 智能引用 (什么是智能引用?)

与本文相关的代码,数据和媒体

alphaXiv (什么是 alphaXiv?)
CatalyzeX 代码查找器 (什么是 CatalyzeX?)
DagsHub (什么是 DagsHub?)
Gotit.pub (什么是 GotitPub?)
Hugging Face (什么是 Huggingface?)
带有代码的论文 (什么是带有代码的论文?)
ScienceCast (什么是 ScienceCast?)

演示

复制 (什么是复制?)
Hugging Face Spaces (什么是 Spaces?)
TXYZ.AI (什么是 TXYZ.AI?)

推荐器和搜索工具

影响之花 (什么是影响之花?)
核心推荐器 (什么是核心?)
IArxiv 推荐器 (什么是 IArxiv?)
  • 作者
  • 地点
  • 机构
  • 主题

arXivLabs:与社区合作伙伴的实验项目

arXivLabs 是一个框架,允许合作伙伴直接在我们的网站上开发和分享新的 arXiv 特性。

与 arXivLabs 合作的个人和组织都接受了我们的价值观,即开放、社区、卓越和用户数据隐私。arXiv 承诺这些价值观,并且只与遵守这些价值观的合作伙伴合作。

有一个为 arXiv 社区增加价值的项目想法吗? 了解更多关于 arXivLabs 的信息.

这篇论文的哪些作者是支持者? | 禁用 MathJax (什么是 MathJax?)
  • 关于
  • 帮助
  • contact arXivClick here to contact arXiv 联系
  • 订阅 arXiv 邮件列表点击这里订阅 订阅
  • 版权
  • 隐私政策
  • 网络无障碍帮助
  • arXiv 运营状态
    通过...获取状态通知 email 或者 slack

京ICP备2025123034号