Die Magnetisierung lebender Zellen mit superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln (SPIONs) ermöglicht ihre Fernmanipulation unter Verwendung eines externen Magnetfelds. Dies bildet die Grundlage für die magnetische Assemblierung von Gewebevorstufen in zellfreundlichen, wachstumsfördernden Umgebungen und birgt beträchtliches Potenzial für biomedizinische Anwendungen, insbesondere bei der Entwicklung komplexer Einzel- und Multizell-Gewebekonstrukte für den Knochen- und Organrekonstruktion. Der Fortschritt in diesem Bereich ist jedoch durch den Mangel an robusten mathematischen Werkzeugen für die genaue Kontrolle von Ensembles magnetischer Nano- und Mikrobjekte begrenzt. In praktischen Druckszenarien machen kollektives Verhalten und unvermeidliche statistische Heterogenität—wie Variationen in Größe und Form der SPIONs oder Abweichungen in der Zellmagnetisierung—traditionelle modellbasierte Gleichungen ungeeignet. Wir haben ein hybrides Modellierungsframework entwickelt, das konventionelle physikbasierte Simulationen mit KI-gesteuerter Bildanalyse integriert. Dynamische Parameter wurden aus Videoaufnahmen von magnetisierten Zellen extrahiert, die sich innerhalb modellierter mikrofluidischer Geräte bewegten, die gut definierten Magnetfeldern und -gradienten ausgesetzt waren. Die KI-basierte Analyse ermöglichte eine quantitative Charakterisierung des Ensembleverhaltens unter heterogenen Bedingungen. Das vorgeschlagene Framework erfasste erfolgreich die kollektiven Dynamiken von magnetisierten Zellensembles und ermöglichte eine genaue Kontrolle ihrer räumlichen Organisation unter äußerer magnetischer Betätigung. Die Integration von Simulation und datengestützter Analyse lieferte eine robuste Parameteridentifikation trotz statistischer Heterogenität innerhalb des Systems. Dieser integrierte Modellierungsansatz bietet ein praktisches und effektives Werkzeug zur Kontrolle der dreidimensionalen magnetischen Assemblierung lebender Zellen, mit großem Potenzial für Anwendungen in der Gewebeengineering.
Goranov et al. (Fri,) haben diese Frage untersucht.