在 TU Graz 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，并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) (TU Graz) 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 (Christian Baumgartner) 高興地報(bào)告說。TU Graz 歐洲醫(yī)療器械測(cè)試中心衛(wèi)生保健工程研究所所長(zhǎng)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(jì)算生物學(xué)雜志上。
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(guó)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。這會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞膜上持續(xù)數(shù)毫秒的電勢(shì)的短期變化，從而在細(xì)胞之間傳遞“電”信息。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)，”Christian Baumgartner 解釋說。研究所所長(zhǎng)特蕾莎·里恩米勒 (Theresa Rienmüller)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)。Sonja Langthaler 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)化為患病(致癌)細(xì)胞。”
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 A549 的例子。計(jì)算機(jī)模型模擬細(xì)胞周期階段過渡期間膜電位的節(jié)律振蕩，并能夠預(yù)測(cè)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(xì)胞
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