海外醫(yī)學(xué)領(lǐng)域正在開發(fā)癌細(xì)胞數(shù)字模型

來自格拉茨工業(yè)大學(xué)衛(wèi)生保健工程研究所的SonjaLangthaler、ChristianBaumgartner和TheresaRienmüller，是第一個(gè)追求癌細(xì)胞模擬模型想法的人。Lunghammer-TUGraz在TUGraz研究人員的領(lǐng)導(dǎo)管理下開發(fā)的計(jì)算機(jī)模型，以人肺腺癌為例模擬癌細(xì)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(jì)算機(jī)模型一直是基礎(chǔ)生物醫(yī)學(xué)研究的標(biāo)準(zhǔn)工具。然而，在1952年霍奇金和赫胥黎首次發(fā)表神經(jīng)細(xì)胞離子流模型大約70年后，格拉茨科技大學(xué)（TUGraz）的研究人員與格拉茨醫(yī)科大學(xué)和紀(jì)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(gè)癌細(xì)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(cè)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(jì)算生物學(xué)家。

可興奮和不可興奮細(xì)胞

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

在可興奮的細(xì)胞中，電刺激會(huì)觸發(fā)所謂的動(dòng)作電位。這導(dǎo)致細(xì)胞膜上持續(xù)數(shù)毫秒的電勢(shì)的短期變化，將“電”信息從一個(gè)細(xì)胞傳輸?shù)搅硪粋€(gè)細(xì)胞。通過這種機(jī)制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交流或激活心肌，從而收縮。從實(shí)驗(yàn)研究可知，“不可興奮”細(xì)胞在細(xì)胞膜上也表現(xiàn)出特征性的電位波動(dòng)。

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

肺腫瘤示例

細(xì)胞膜電壓的病理變化，特別是在細(xì)胞周期期間，是癌癥發(fā)展和進(jìn)展的基礎(chǔ)。SonjaLangthaler繼續(xù)詳細(xì)說：“離子通道將細(xì)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(dǎo)致細(xì)胞分裂中斷，甚至可能影響細(xì)胞分化，從而將健康細(xì)胞轉(zhuǎn)化為患?。ㄖ掳┘?xì)胞?！?br />

對(duì)于他們的數(shù)字癌細(xì)胞模型，該團(tuán)隊(duì)選擇了人肺腺癌細(xì)胞系A(chǔ)549的例子。該計(jì)算機(jī)模型模擬了細(xì)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(guān)閉引起的膜電位的變化的預(yù)測(cè)。“因此，我們獲得了有關(guān)靶向干預(yù)對(duì)癌細(xì)胞影響的信息，”鮑姆加特納補(bǔ)充道。

在生長過程中“凍結(jié)”癌細(xì)胞或誘導(dǎo)它們自殺

某些離子通道的活性，還可以驅(qū)動(dòng)病變細(xì)胞的分裂，從而加速腫瘤的生長。如果現(xiàn)在以有針對(duì)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(xì)胞膜電壓以及整個(gè)電生理系統(tǒng)都會(huì)偏離軌道?！斑@可以用來在細(xì)胞周期的某個(gè)階段阻止癌細(xì)胞，也可以誘導(dǎo)細(xì)胞過早死亡（細(xì)胞凋亡）。人們可以在癌細(xì)胞生長時(shí)，“凍結(jié)”它們或誘導(dǎo)它們自殺。

而正是這樣的機(jī)制，可以借助模型進(jìn)行模擬。鮑姆加特納和他的團(tuán)隊(duì)將第一個(gè)數(shù)字癌細(xì)胞模型，視為更全面研究的開始。為了提高模型的細(xì)節(jié)水平，計(jì)劃已經(jīng)進(jìn)行了進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)和測(cè)量驗(yàn)證。