Prihlásenie

Michal Mulík: Vývoj, validácia a aplikácia modelu zhlukov buniek (dizertačná práca) – Žilinská univerzita v Žiline, Fakulta riadenia a informatiky, Katedra softvérových technológií – Školiteľ: prof. Mgr. Ivan Cimrák, Dr. – Stupeň odbornej kvalifikácie: philosophiae doctor v odbore Aplikovaná informatika – EDIS Žilina, April 2024 – 135 strán. Práca sa zaoberá hĺbkovým skúmaním dynamiky zhlukov rakovinových buniek v rôznych fluidných prostrediach, ktoré zahŕňajú scenáre, ako je šmykový tok, rozvetvené kanály, zúžené kapiláry a dekanské inerciálne toky. V úvodnej časti sa uvádza biomedicínska motivácia tohto výskumu a objasňujú sa konkrétne ciele, ktoré sú základom štúdie. Komplexný prehľad súčasného stavu v príslušnej literatúre uvádza kritické pojmy, ako je šmykový tok, bifurkácie, Deanov tok, a simulačné nástroje vrátane ESPResSo a PyOIF, ktoré sa použili počas celého výskumu. Podstatnú časť práce tvorí skúmanie správania sa zhlukov buniek v šmykovom toku pri stene a v jednoduchých bifurkačných kanáloch. Analýza zahŕňa rôzne parametre vrátane šmykovej rýchlosti, elasticity a počiatočnej rotácie a objasňuje, ako tieto faktory ovplyvňujú trajektóriu a spôsoby usadzovania zhlukov buniek. Okrem toho sa práca zaoberá prechodom zhlukov buniek cez zúžené kapiláry, pričom zavádza inovatívny model sploštených rakovinových buniek. Vykonáva sa dôkladné porovnanie výsledkov simulácie s experimentálnymi údajmi, ktoré poskytuje kritické overenie predpovedných schopností modelu. Kľúčovým aspektom výskumu je úloha Deanových inerciálnych tokov pri separácii zhlukov rakovinových buniek. Teoretické základy inerciálneho sústredenia a separácie sú objasnené a výpočtové modely sú systematicky nasadené na rozbor vzorcov prúdenia v rámci počiatočnej aj rozvinutej geometrie kanála. Prezentácia výsledkov zahŕňa kvantitatívne aj kvalitatívne analýzy, ktoré umožňujú detailné pochopenie účinnosti inerciálnych tokov pri dosahovaní separácie zhlukov. Ďalej práca rozširuje svoj záber na spoločné úsilie s výskumnou skupinou MIT, objasňuje ciele spolupráce, orientuje sa v prirodzených kompromisoch a prezentuje spoločné zistenia vyplývajúce z tohto spoločného úsilia. Na záver tohto vedeckého skúmania práca poskytuje komplexné zhrnutie, ktoré spája poznatky, pokroky a reálne aplikácie vyplývajúce z vyvinutého modelu zhlukovania 9 rakovinových buniek. Na samotnom konci sa nachádzajú časti venované referenciám a zoznamu publikácií, ktoré boli postupne v priebehu práce vypublikované. Kľúčové slová: mikrofluidika, model zhluku buniek, počítačové simulácie, dynamika tekutín, šmykové prúdenie, deanové toky, adhézna sila, separácia buniek, zúžené kapiláry

Michal Mulík: Development, validation and application of the cell cluster model (Dissertation thesis) – The University of Žilina, Faculty of Management Science and Informatics, Department of Software Technologies – Supervisor: prof. Mgr. Ivan Cimrák, Dr. – Qualification level: Doctor of Philosophy in Applied Informatics – EDIS Žilina, April 2024 – 135 pages. The work is concerned with an in-depth investigation of the dynamics of cancer cell clusters in a variety of fluid environments, including scenarios such as shear flow, branched channels, constricted capillaries and decan inertial flow. The introductory section outlines the biomedical motivation for this research and clarifies the specific objectives underlying the study. A comprehensive review of the state of the art in the relevant literature introduces critical concepts such as shear flow, bifurcations, Dean flow and the simulation tools, including ESPResSo and PyOIF, used throughout the research. A substantial part of the thesis consists of investigating the behaviour of cell clusters in shear flow at the wall and in simple bifurcation channels. The analysis includes various parameters such as shear rate, elasticity and initial rotation and elucidates how these factors affect the trajectory and deposition patterns of the cell clusters. In addition, the paper addresses the passage of cell clusters through constricted capillaries and introduces an innovative model of flattened cancer cells. A thorough comparison of the simulation results with experimental data will be performed, providing a critical validation of the model's predictive capabilities. A key aspect of the research is the role of Dean inertial flows in the separation of cancer cell clusters. The theoretical underpinnings of inertial concentration and separation are elucidated, and computational models are systematically employed to analyse flow patterns within both the initial and evolved channel geometries. The presentation of the results includes both quantitative and qualitative analyses that provide a detailed understanding of the effectiveness of inertial flows in achieving cluster separation. The thesis extends its focus to the collaborative efforts with the MIT research group, clarifying the goals of the collaboration, navigating the inherent trade-offs, and presenting the joint findings resulting from these collaborative efforts. At the conclusion of this scientific exploration, the thesis provides a comprehensive summary that brings together the findings, advances and real-world applications resulting 7 from the developed cancer cell clustering model. At the very end, there are sections dedicated to references and a list of publications that have been published progressively during the thesis. Keywords: Microfluidics, Cell Cluster Model, Computer Simulations, Fluid Dynamics, Shear Flow, Dean Flows, Adhesion Strength, Cell Separation, Constricted Capillaries