在 TU Graz 研究人員的領(lǐng)導(dǎo)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，并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(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)細胞離子流模型大約 70 年后，格拉茨科技大學(xué) (TU Graz) 的研究人員與格拉茨醫(yī)科大學(xué)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 (Christian Baumgartner) 高興地報告說。TU Graz 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出版物的資深作者，該出版物中的數(shù)字模型出現(xiàn)在PLoS 計算生物學(xué)雜志上。
可興奮和不可興奮細胞
迄今為止，數(shù)字細胞模型主要關(guān)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。這些模型已被用于支持日常臨床實踐中的診斷和治療。由 Baumgartner 領(lǐng)導(dǎo)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。這會導(dǎo)致細胞膜上持續(xù)數(shù)毫秒的電勢的短期變化，從而在細胞之間傳遞“電”信息。通過這種機制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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，”Christian Baumgartner 解釋說。研究所所長特蕾莎·里恩米勒 (Theresa Rienmüller)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(chǔ)。Sonja Langthaler 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(dǎo)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)化為患病(致癌)細胞。”
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。計算機模型模擬細胞周期階段過渡期間膜電位的節(jié)律振蕩，并能夠預(yù)測由藥物誘導(dǎo)的選定離子通道的開啟和關(guān)閉引起的膜電位變化。
標(biāo)簽： 數(shù)字癌細胞
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