Use case: Lisa berekent computermodellen voor bloedvatsimulaties

Hoe ontwikkelen nieuwe bloedvaten zich? Deze vraag is van groot belang bij wondherstel of bij ziektes zoals kanker. De groep van prof. dr. Roeland Merks, senior onderzoeker bij het Centrum Wiskunde en Informatica (CWI), werkt daarbij met computermodellen die worden doorgerekend op het Nationaal Rekencluster Lisa.

Datacenter SURFsara

Angiogenese

Het onderzoek naar de vorming van nieuwe bloedvaten heet angiogenese. Roeland Merks, naast zijn werk voor het CWI ook hoogleraar Multischaal Mathematische Biologie aan de Universiteit Leiden, geeft een toelichting: “We willen weten hoe cellen in staat zijn om samen een bloedvat te bouwen. We zien de vorming van een bloedvat als collectief gedrag van cellen en we willen de regels ontrafelen die aan dat gedrag ten grondslag liggen. De meeste onderzoekers concentreren zich op de moleculaire schaal, op de mutaties in het DNA en de signalen die cellen afgeven. Wij hanteren een andere invalshoek: wat zijn de eigenschappen op celniveau die je moet aanpakken? Daarbij kan het gaan om de vorm van de cel, de adhesie tussen cellen of een aspect als contactinhibitie.”

Merks en zijn medewerkers onderzoeken de vorming van bloedvaten met computermodellen.

Computermodellen

Merks en zijn medewerkers onderzoeken de vorming van bloedvaten met computermodellen. “We zijn begonnen met een standaardmodel van angiogenese. Dat model bevat maar één celtype, de endotheelcel. Maar er zijn twee soorten endotheelcellen: tip-cellen en stalk-cellen. Uit experimenten blijkt dat die tip-cellen een centrale rol spelen bij angiogenese, maar het onderliggende mechanisme is niet precies bekend. We hebben een deel van de cellen in het model een andere kleur gegeven, en vervolgens gaan we van deze cellen het gedrag veranderen. We kunnen de tip-cellen zo veranderen dat ze aan de voorkant van een nieuw bloedvat komen te liggen. Een nieuwe zijtak van het bloedvat ontstaat doordat een stalk-cel de tip-cel als het ware naar voren duwt. Dat heeft invloed op het netwerk dat tot stand komt.”

“We gaan heen en weer tussen de simulaties op Lisa en de biomedische werkelijkheid in de laboratoria.”
prof. dr. Roeland Merks, senior onderzoeker bij het Centrum Wiskunde & Informatica (CWI)

Biomedische werkelijkheid

De uitkomsten van het model worden getoetst aan biomedische werkelijkheid, waarbij Merks te rade gaat bij zijn collega’s bij het AMC: “Die hadden al eerder gekeken naar de verschillen in genexpressie tussen tip-cellen en stalk-cellen. Daarbij bleek dat één van de genen zorgt voor de productie van een stofje dat verantwoordelijk is voor de wederzijds aantrekkingskracht tussen de cellen. Dat stofje komt in de tip-cellen minder tot uitdrukking. We gaan dus heen en weer tussen de simulaties op Lisa en de biomedische werkelijkheid in de laboratoria.”

“De samenwerking met SURFsara verloopt heel vloeiend. Onze aio’s en postdocs hebben heel veel rekenwerk kunnen doen en problemen worden altijd snel opgelost.”
prof. dr. Roeland Merks, senior onderzoeker bij het Centrum Wiskunde & Informatica (CWI)

Lisa

Voor het doorrekenen en manipuleren van de computermodellen maken Merks en zijn medewerkers gebruik van het Nationaal Rekencluster Lisa bij SURFsara. “Die samenwerking verloopt heel vloeiend”, zegt Merks. “Onze aio’s en postdocs hebben heel veel rekenwerk kunnen doen en problemen worden altijd snel opgelost. Voorlopig gaan we nog even door met het onderzoek: onze medewerkers zijn nog heel wat computeruurtjes aan het verstoken."