团队构建第一个数字模型的癌症细胞

计算机模型已经在基本生物医学研究标准工具很多年了。然而,在70年首次发表后神经细胞的离子电流模型霍奇金&赫胥黎在1952年,格拉茨大学的研究人员的技术(TU格拉茨),与格拉茨医科大学的合作和在纽约的纪念斯隆凯特林癌症中心医院,终于成功地开发了世界上第一个癌症细胞模型,从而推出“现代癌症研究和药物开发的一个基本工具,“基督教鲍姆加特纳高兴地报告。研究所所长医疗工程与欧洲的医疗设备测试中心涂格拉茨的资深作者出版的数字化模型在《PLoS计算生物学》杂志上。

兴奋和non-excitable细胞

数码电池模型目前专注于可兴奋细胞如神经或心肌细胞,使电生理过程的仿真不仅在细胞水平上,而且在组织和器官水平。这些模型已经被用来支持在日常临床实践中诊断和治疗。费利克斯领导的国际研究小组专注于特定的首次non-excitable癌症细胞的电生理特性。

可兴奋细胞,电刺激引发所谓的动作电位。这将导致短期电势的变化持续毫秒的细胞膜传输从细胞到细胞“电”信息。通过这种机制,神经网络沟通或心脏肌肉激活,这合同。众所周知“non-excitable”细胞的实验研究也表现出典型的潜在波动在细胞膜。然而,兴奋性细胞相比,潜在的变化非常缓慢,在整个细胞周期,即在几小时,几天,和作为一种信号,让个体细胞周期之间的过渡阶段,“基督教费利克斯解释道。一起研究所副主任Theresa Rienmuller,和博士生Sonja Langthaler,基督教windblown市是第一个追求的理念发展这些机制的仿真模型。

肺肿瘤的例子

病态的细胞膜电压的变化,特别是在细胞周期,是癌症发展和发展的基础。索尼娅Langthaler继续详细:“离子通道外部连接到细胞内。它们使离子的交换,如钾、钙、钠,从而调节膜电位。离子通道的构成的改变,以及改变功能相同的行为,可以在细胞分裂导致中断,甚至可能影响细胞分化,从而将一个健康的细胞转变为细胞病变(致癌)。”

数字癌症细胞模型,研究小组选择了人类的肺腺癌A549细胞线的例子。的计算机模型模拟了有节奏的振荡膜电位在细胞周期之间的过渡阶段,使预测的膜电位的变化引起的药物选择的离子通道的打开和关闭。“我们得到的信息有针对性的干预措施对癌细胞的影响,”费利克斯说。

“冻结”在增长或诱导癌细胞自杀

某些离子通道的活动也可以推动分工的病变细胞,从而促进肿瘤生长。如果离子通道现在操纵目标的方式,和新的一样,有前途的代理和药物,细胞膜电压,因此整个电生理系统可以被跟踪,可以这么说。“这可以用来逮捕癌症细胞在细胞周期中的某些阶段,而且诱导细胞过早死亡(凋亡)。时可以“冻结”癌细胞增长或诱导他们自杀。正是这样的机制,可以模拟模型的帮助下。”Baumgartner and his team see the first digital cancer cell model as the beginning of more comprehensive research. In order to increase the level of detail of the model, plans for further experimental and measurement validations have been made and submitted to the Austrian Science Fund FWF for funding.

参考:Langthaler年代,Rienmuller T, Scheruebel年代,et al . A549 in-silico 1.0:第一次计算模型来模拟细胞周期依赖性离子电流调制在人肺腺癌。公共科学图书馆第一版。医学杂志。2021;17 (6):e1009091。doi:10.1371 / journal.pcbi.1009091

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