Pere-Joan Cardona 領(lǐng)導(dǎo)的德國 Trias i Pujol 研究所 (IGTP) 結(jié)核病實驗組的研究人員發(fā)表了計算模型的第一個結(jié)果，該模型旨在重現(xiàn)虛擬肺中結(jié)核病病變的動態(tài)。該模型是在 IGTP 比較醫(yī)學(xué)和生物成像中心 (CMCiB) 的 3R 計劃內(nèi)開發(fā)的，并得到了“la Caixa”基金會的支持。
來自加泰羅尼亞理工大學(xué)物理系、CMCiB 巴塞羅那理工大學(xué) (UPC) 的研究人員 Martí Català 和 Clara Prats，以及 UPC 的研究人員 Daniel López-Codina、Sergio Alonso 和 Joaquim Valls 參加了此次研究學(xué)習(xí)。該論文的第一作者 Català 領(lǐng)導(dǎo)了該程序的計算機(jī)試驗。其結(jié)果發(fā)表在《PLOS計算生物學(xué)》雜志上。
如今，結(jié)核病(TB) 仍然是世界死因之一，2017 年導(dǎo)致 160 萬人死亡。結(jié)核病是由結(jié)核分枝桿菌(一種感染肺泡的細(xì)菌)引起的。然而，90% 的感染者從未發(fā)展為活動性疾病。不知道其余 10% 病例中引發(fā)該疾病的主要因素是根除該病的主要障礙之一。本研究旨在了解使疾病保持潛伏狀態(tài)的機(jī)制，特別是與內(nèi)源性再感染相關(guān)的機(jī)制。
研究人員從內(nèi)源性再感染在維持潛伏感染中發(fā)揮重要作用的假設(shè)出發(fā)。“因此，我們開發(fā)了一種基于代理的模型，該模型描述計算支氣管樹中結(jié)核病灶的生長、融合和增殖，該模型通過迭代算法構(gòu)建，該算法在肺表面積的 3D 體積內(nèi)生成支氣管和分叉， ”UPC 物理系研究員、計算生物學(xué)和復(fù)雜系統(tǒng)小組成員 Clara Prats 解釋道。
該模型基于對感染初期的五只小型豬進(jìn)行計算機(jī)斷層掃描的實驗數(shù)據(jù)。從這些圖像中獲得了小型豬的肺表面積，以生成計算肺。還獲得了每個結(jié)核病灶的大小和位置，這使得研究人員能夠設(shè)置基于代理的模型的參數(shù)。
“結(jié)果是一個模型，使我們能夠在計算機(jī)上重現(xiàn)和理解實驗數(shù)據(jù)。我們已經(jīng)能夠證明結(jié)核病灶的最終數(shù)量與內(nèi)源性再感染和病灶生長的頻率之間的重要關(guān)系，”Martí Català 說。
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