海外醫(yī)學領域正在開發(fā)癌細胞數(shù)字模型

來自格拉茨工業(yè)大學衛(wèi)生保健工程研究所的SonjaLangthaler、ChristianBaumgartner和TheresaRienmüller，是第一個追求癌細胞模擬模型想法的人。Lunghammer-TUGraz在TUGraz研究人員的領導管理下開發(fā)的計算機模型，以人肺腺癌為例模擬癌細胞膜電位的周期性變化，開辟了癌癥研究的全新途徑。

多年來，計算機模型一直是基礎生物醫(yī)學研究的標準工具。然而，在1952年霍奇金和赫胥黎首次發(fā)表神經(jīng)細胞離子流模型大約70年后，格拉茨科技大學（TUGraz）的研究人員與格拉茨醫(yī)科大學和紀念斯隆凱特琳癌癥中心合作紐約中心，終于成功開發(fā)了世界上第一個癌細胞模型，從而推出了“現(xiàn)代癌癥研究和藥物開發(fā)的重要工具”，克里斯蒂安·鮑姆加特納（ChristianBaumgartner）表示高興。

TUGraz歐洲醫(yī)療器械測試中心衛(wèi)生保健工程研究所所長，是該期刊的數(shù)字模型出版物的資深作者PLoS，計算生物學家。

可興奮和不可興奮細胞

迄今為止，數(shù)字細胞模型主要關注可興奮細胞，例如神經(jīng)或心肌細胞，不僅可以在細胞水平上模擬電生理過程，還可以在組織和器官水平上進行模擬。這些模型已經(jīng)被用于支持日常臨床實踐中的診斷和治療。由Baumgartner領導的國際研究團隊，首次將注意力集中在非興奮性癌細胞的特定電生理特性上。

在可興奮的細胞中，電刺激會觸發(fā)所謂的動作電位。這導致細胞膜上持續(xù)數(shù)毫秒的電勢的短期變化，將“電”信息從一個細胞傳輸?shù)搅硪粋€細胞。通過這種機制，神經(jīng)網(wǎng)絡進行交流或激活心肌，從而收縮。從實驗研究可知，“不可興奮”細胞在細胞膜上也表現(xiàn)出特征性的電位波動。

然而，與可興奮細胞相比，潛在的變化發(fā)生得非常緩慢，并且在整個細胞周期內(nèi)（即數(shù)小時和數(shù)天）發(fā)生，并作為單個細胞周期階段之間過渡的信號，”ChristianBaumgartner解釋說。該研究所的負責人TheresaRienmüller和博士生SonjaLangthaler，ChristianBaumgartner是第一個追求開發(fā)這些機制的模擬模型的人。

肺腫瘤示例

細胞膜電壓的病理變化，特別是在細胞周期期間，是癌癥發(fā)展和進展的基礎。SonjaLangthaler繼續(xù)詳細說：“離子通道將細胞的外部連接到內(nèi)部。它們能夠交換鉀、鈣或鈉等離子，從而調(diào)節(jié)膜電位。離子通道組成的變化，以及相同的功能行為改變，可能導致細胞分裂中斷，甚至可能影響細胞分化，從而將健康細胞轉(zhuǎn)化為患?。ㄖ掳┘毎！?br />

對于他們的數(shù)字癌細胞模型，該團隊選擇了人肺腺癌細胞系A549的例子。該計算機模型模擬了細胞周期階段之間的過渡期間的膜電位的節(jié)律振蕩，和使得能夠由藥物引起的切換和選擇的離子通道的關閉引起的膜電位的變化的預測?！耙虼?，我們獲得了有關靶向干預對癌細胞影響的信息，”鮑姆加特納補充道。

在生長過程中“凍結(jié)”癌細胞或誘導它們自殺

某些離子通道的活性，還可以驅(qū)動病變細胞的分裂，從而加速腫瘤的生長。如果現(xiàn)在以有針對性的方式操縱離子通道，就像使用新的、有前途的藥劑和藥物一樣，可以這么說，細胞膜電壓以及整個電生理系統(tǒng)都會偏離軌道?！斑@可以用來在細胞周期的某個階段阻止癌細胞，也可以誘導細胞過早死亡（細胞凋亡）。人們可以在癌細胞生長時，“凍結(jié)”它們或誘導它們自殺。

而正是這樣的機制，可以借助模型進行模擬。鮑姆加特納和他的團隊將第一個數(shù)字癌細胞模型，視為更全面研究的開始。為了提高模型的細節(jié)水平，計劃已經(jīng)進行了進一步的實驗和測量驗證。