神经干细胞球生长动力学模型

神经干细胞的体外大规模培养对于细胞移植治疗中枢神经系统受损及各种神经退行性疾病有重大意义。体外呈球状生长的神经干细胞球在长大到一定尺寸之后，有可能在其内部由于养分缺乏而形成坏死细胞，这对于干细胞的有效扩增是极为不利的。因此，模拟神经球的动态生长过程并分析出现坏死细胞的临界神经球尺度对于神经干细胞的大规模扩增有重要意义。本研究采用元胞自动机技术建立了模拟神经球生长的动态模型，并结合神经球内养分的扩散传递模型，求解神经干细胞球内出现坏死细胞的临界神经球尺寸以及坏死细胞的扩大规律。计算结果表明，坏死细胞的出现与体外培养条件有一定关系；坏死细胞的出现主要取决于神经球的尺寸，其外部再好的培养条件也不可能抑制坏死的出现。此外，计算结果还表明，神经球内由于氧缺乏而形成的坏死细胞的出现要早于由于葡萄糖缺乏时的情况，并且坏死细胞一旦出现，其增长速度就非常快，有可能很快使整个神经球成为坏死细胞球。本研究所建立的CA模型及神经球内的传质模型可以很好的模拟神经球的生长过程。     

神经干细胞球在生物反应器内培养的模拟计算

采用元胞自动机技术建立的模拟神经球生长的动态模型，结合反应器中培养的神经球内部养分的扩散传递模型，求解了神经干细胞球内出现坏死细胞核的临界神经球尺寸和坏死细胞核的扩大规律，以及反应器内养分浓度的变化情况。计算结果表明，坏死细胞核的出现与体外培养条件有一定关系：神经球培养密度、培养基养分浓度和培养基与神经球之间的传质情况等都有一定程度的影响；但是坏死细胞核的出现主要取决于神经球的尺寸，过大的神经球内必定会出现坏死细胞核，即使在生物反应器中良好的外部培养条件下也不可能抑制它的出现。此外，神经球内由于氧缺乏而形成的坏死细胞核的出现要早于由于葡萄糖缺乏时的情况，并且坏死细胞核一旦出现，其增长速度就非常快，有可能很快使整个神经球成为坏死细胞球。本文所建立的元胞自动机（Cellular automata，CA）模型及各种生物反应器培养条件下神经球内的传质模型可以很好的模拟神经球的生长过程。