Tapahtumat

Väitös matematiikan alalta, DI Teemu Häkkinen

Biologisen kaavoituksen ja kasvun tutkimista tietokonemallinnuksen avulla

Väitöskirjassa “On Computational Modeling of Biological Development” tutkittiin biologisen kaavoituksen ja kehityksen laskennallista mallintamista. Tutkimuksissa keskityttiin erityisesti kielen makunystyrmien kaavoituksen sekä hampaan kiilteen kehityksen mallintamiseen.

Biologisten rakenteiden, kuten elinten, muodostumisen ymmärtäminen on keskeisimpiä ja suurimpia haasteita biologiassa. Rakenteiden muodostuminen voidaan usein karkeasti jakaa kaavoitukseen ja kasvuun, jotka kuitenkin muodostavat useissa tapauksessa monimutkaisen ja dynaamisen kokonaisuuden: Kaavoitus ohjaa kasvua, mutta toisaalta myös kasvu vaikuttaa kaavoitukseen. Sekä kaavoitusta että kasvua on mahdollista tutkia kokeellisesti monissa systeemeissä, esimerkiksi hampaissa, mutta noiden prosessien ymmärtäminen pelkästään kokeellisin keinoin on osoittautunut haastavaksi. Tietokonemallit voivat tarjota tehokkaan työkalun kaavoituksen ja kasvun ymmärtämiseen: Malleja voidaan käyttää hypoteesien testaamiseen, ja ne voivat myös auttaa kohdentamaan prosesseja muokkaavia kokeita keskeisimpiin tekijöihin tutkittavassa systeemissä.

Tässä väitöskirjassa tutkittiin biologisten kaavoitus- ja kasvuprosessien laskennallista mallintamista. Tutkittavia systeemejä olivat kielen makunystyrmien muodostuminen ja hampaiden kehitys. Makunystyrmien kaavoitukselle ehdotettiin laboratoriokokeiden ja tietokonemallin pohjalta mekanismia, jossa makunystyrmien kokoon vaikuttava kehityksellinen prosessi toimii kasvutekijän paikallista diffuusiota säätelemällä. Hampaiden kehityksessä tarkasteltiin erityisesti kiilteen muodostumista: Kiilteen erittävän solurintaman käyttäytymiselle muodostettiin tietokonemalli, joka pystyy uskottavasti toistamaan paksun kiilteen pinnan muodot lähtien liikkeelle kiilteen alla olevista rakenteista. Mallia sovellettiin tutkimuksissa sian, ihmisen ja orangin hampaisiin. Väitöskirjassa muodostettiin myös yleistason kudoskasvun malli, jossa kasvavan kudoksen käyttäytymistä kuvataan nestedynamiikan yhtälöillä. Tutkimuksessa kehitettiin tehokas numeerinen alusta mallin yhtälöiden ratkaisemiseen.

Vastaväittäjänä toimii professori Nicolas Goudemand, Institut de Génomifique Fonctionnelle de Lyon (IGFL), ENS Lyon, Ranska.

Kustos on professori Antti Hannukainen, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, matematiikan ja systeemianalyysin laitos.

Väittelijän yhteystiedot: Teemu Häkkinen, University of California, San Francisco, +1-(415)-676-0215, [email protected]

Väitöskirja on julkisesti nähtävillä 10 päivää ennen väitöstä Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulun ilmoitustaululla Konemiehentie 2, Espoo.

  • Julkaistu:
  • Päivitetty: