海外医学领域正在开发癌细胞数字模型
发布日期：2023-11-01来自格拉茨工业大学卫生保健工程研究所的SonjaLangthaler、ChristianBaumgartner和TheresaRienmüller，是第一个追求癌细胞模拟模型想法的人。Lunghammer-TUGraz在TUGraz研究人员的领导管理下开发的计算机模型，以人肺腺癌为例模拟癌细胞膜电位的周期性变化，开辟了癌症研究的全新途径。
多年来，计算机模型一直是基础生物医学研究的标准工具。然而，在1952年霍奇金和赫胥黎首次发表神经细胞离子流模型大约70年后，格拉茨科技大学（TUGraz）的研究人员与格拉茨医科大学和纪念斯隆凯特琳癌症中心合作纽约中心，终于成功开发了世界上第一个癌细胞模型，从而推出了“现代癌症研究和药物开发的重要工具”，克里斯蒂安·鲍姆加特纳（ChristianBaumgartner）表示高兴。
TUGraz欧洲医疗器械测试中心卫生保健工程研究所所长，是该期刊的数字模型出版物的资深作者PLoS，计算生物学家。
可兴奋和不可兴奋细胞
迄今为止，数字细胞模型主要关注可兴奋细胞，例如神经或心肌细胞，不仅可以在细胞水平上模拟电生理过程，还可以在组织和器官水平上进行模拟。这些模型已经被用于支持日常临床实践中的诊断和治疗。由Baumgartner领导的国际研究团队，首次将注意力集中在非兴奋性癌细胞的特定电生理特性上。
在可兴奋的细胞中，电刺激会触发所谓的动作电位。这导致细胞膜上持续数毫秒的电势的短期变化，将“电”信息从一个细胞传输到另一个细胞。通过这种机制，神经网络进行交流或激活心肌，从而收缩。从实验研究可知，“不可兴奋”细胞在细胞膜上也表现出特征性的电位波动。
然而，与可兴奋细胞相比，潜在的变化发生得非常缓慢，并且在整个细胞周期内（即数小时和数天）发生，并作为单个细胞周期阶段之间过渡的信号，”ChristianBaumgartner解释说。该研究所的负责人TheresaRienmüller和博士生SonjaLangthaler，ChristianBaumgartner是第一个追求开发这些机制的模拟模型的人。
肺肿瘤示例
细胞膜电压的病理变化，特别是在细胞周期期间，是癌症发展和进展的基础。SonjaLangthaler继续详细说：“离子通道将细胞的外部连接到内部。它们能够交换钾、钙或钠等离子，从而调节膜电位。离子通道组成的变化，以及相同的功能行为改变，可能导致细胞分裂中断，甚至可能影响细胞分化，从而将健康细胞转化为患病（致癌）细胞。”
对于他们的数字癌细胞模型，该团队选择了人肺腺癌细胞系A549的例子。该计算机模型模拟了细胞周期阶段之间的过渡期间的膜电位的节律振荡，和使得能够由药物引起的切换和选择的离子通道的关闭引起的膜电位的变化的预测。“因此，我们获得了有关靶向干预对癌细胞影响的信息，”鲍姆加特纳补充道。
在生长过程中“冻结”癌细胞或诱导它们自杀
某些离子通道的活性，还可以驱动病变细胞的分裂，从而加速肿瘤的生长。如果现在以有针对性的方式操纵离子通道，就像使用新的、有前途的药剂和药物一样，可以这么说，细胞膜电压以及整个电生理系统都会偏离轨道。“这可以用来在细胞周期的某个阶段阻止癌细胞，也可以诱导细胞过早死亡（细胞凋亡）。人们可以在癌细胞生长时，“冻结”它们或诱导它们自杀。
而正是这样的机制，可以借助模型进行模拟。鲍姆加特纳和他的团队将第一个数字癌细胞模型，视为更全面研究的开始。为了提高模型的细节水平，计划已经进行了进一步的实验和测量验证。
