Ergastatavad rakud, nagu neuronid, kardiomüotsüüdid ja pankrease β-rakud, omavad dünaamilist käitumist, mis on fundamentaalne erinevate bioloogiliste protsesside toimumiseks; näiteks signaaliülekanne, lihaskontraktsioon ja hormoonide sekretsioon. Pankrease β-rakkude puhul reguleerivad rakuvõrgustikes aset leidvad elektrilised ja kaltsiumi taseme ostsillatsioonid insuliini vabanemist ning omavad seega keskset rolli glükoosi homöostaasis. Hiljutised uuringud on näidanud, et sääraste võrgustike funktsionaalne toimimine on oluliselt seotud nende heterogeensusega. Käesolev väitekiri uurib heterogeensuse, interaktsiooni ja stohhastiliste fluktuatsioonide vastastikmõjusid ergastatavates rakuvõrgustikes, eesmärgiga teha kindlaks, milliste tingimuste korral toimub kollektiivse käitumise, nagu näiteks süsteemis ilmneva sünkronisatsiooni või resonantsi, soodustamine või pärssimine.
Doktoritöö aitab paremini mõista, kuidas heterogeensus mõjutab kollektiivset dünaamikat ergastatavates rakuvõrgustikes, eriti bioloogiliselt olulistes süsteemides, nagu pankrease β-rakkude klastrid. Kuigi mitmekesisust peetakse sageli pelgalt korrapäratuse allikaks, näitavad käesolevas väitekirjas esitatud tulemused, et sõltuvalt süsteemi parameetritest, võib mitmekesisus koordineeritud toimimist nii soodustada kui ka pärssida. Lisaks toetab abstraktne polümeeri mudel MIR-mehhanismi üldistatavust erinevate füüsikaliste süsteemide jaoks.
Ühendades endas lihtsustatud dünaamilisi mudeleid ja bioloogilisi nähtusi, pakub väitekiri teoreetilist alust, mis täiendab β-rakkude füsioloogia eksperimentaalset uurimist. Saadud teadmised võivad aidata kaasa töötamaks välja 2. tüüpi diabeedi ravi strateegiaid, eesmärgiga taastada või säilitada β-rakkude funktsiooni.

Doktoritöö on avaldatud Tehnikaülikooli raamatukogu digikogus

Juhendajad: vanemteadur Marco Patriarca (KBFI / TalTech) ning vanemteadur Els Heinsalu (KBFI)

Oponendid:

• kaasprofessor Marko Gosak (Maribori Ülikool, Sloveenia)
• professor Pere Colet (Baleari saarte ülikool, Hispaania)