Author:

Abstract:

Ondanks de huidige kennis rond botregeneratie, blijven vele vragen onbeantwoord. De in dit werk vooruitgeschoven hypothese stelt dat wiskundige modellen een substantiële bijdrage kunnen leveren aan dit onderzoeksdomein door het voorstellen van pathologische regeneratiemechanismen en het ontwerpen van therapieën, die vervolgens experimenteel getest kunnen worden. Het eerste deel van dit werk beschrijft de implementatie van bestaande mechano- en bioregulatorische modellen en de toepassing ervan op zowel implantaat osseointegratie als breukhelingssituaties. Een kwantitatieve vergelijking met de experimentele resultaten is uitgevoerd, evenals een grondige sensitiviteitsanalyse ter bepaling van de invloed van verschillende modelleringsaspecten op het simulatieresultaat. Tekortkomingen van deze modellen zijn geïdentificeerd en suggesties voor verbeteringen geformuleerd. In het tweede deel van dit werk is een nieuw bioregulatorisch model voor botregeneratie ontwikkeld, dat aan verschillende van de hoger gedefinieerde tekortkomingen tegemoet komt. Dit model omvat verscheidene kernaspecten van het regeneratie proces zoals intramembraneuze en endochondrale botvorming, angiogenese en gerichte celmigratie. De simulatieresultaten zijn zowel op kwalitatief als kwantitatief niveau gecorroboreerd door vergelijking met experimentele data voor normale breukheling. Gevallen van pathologische breukheling zijn gesimuleerd en experimenteel testbare behandelingsstrategieën geïmplementeerd. Het laatste deel van dit werk beschrijft de ontwikkeling van een wiskundig kader, gebaseerd op het eerder ontworpen bioregulatorisch model, dat de regulerende invloed van zowel biologische als mechanische factoren combineert. Dit is het eerste model van botregeneratie dat de koppeling tussen mechanische belasting en angiogenese maakt op een expliciete en mechanistische wijze. Verschillende voorbeelden illustreren de toegevoegde waarde van deze aanpak in de simulatie van normale en pathologische botregeneratie. Samenvattend, dit werk demonstreert het potentieel van wiskundige modellen in het vergroten van de kennis omtrent botregeneratie en in het ontwerpen van behandelingsstrategieën voor pathologische helingsgevallen.