Νέο μοντέλο χρησιμοποιεί γονιδιωματική για την προσομοίωση όγκων

Ερευνητές έχουν αναπτύξει μέθοδο για την πρόβλεψη της κυτταρικής δραστηριότητας στους ιστούς με την πάροδο του χρόνου. Το νέο λογισμικό συνδυάζει τεχνολογίες γονιδιωματικής με υπολογιστική μοντελοποίηση για την πρόβλεψη αλλαγών στη συμπεριφορά των κυττάρων, οι οποίες θα μπορούσαν να προκαλέσουν την ανάπτυξη καρκίνου. Ερευνητές του Ινστιτούτου Γονιδιωματικών Επιστημών (IGS) της Ιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου του Μέριλαντ (UMSOM) ήταν από κοινού επικεφαλής της μελέτης, η οποία δημοσιεύθηκε διαδικτυακά στο περιοδικό Cell.

Αυτό που καθιστά μοναδική αυτή την έρευνα είναι η χρήση μιας απλής «γραμματικής υποθέσεων» που χρησιμοποιεί την κοινή γλώσσα ως γέφυρα μεταξύ βιολογικών συστημάτων και υπολογιστικών μοντέλων και προσομοιώνει τον τρόπο με τον οποίο τα κύτταρα δρουν στον ιστό.

Ο PaulMacklin, PhD, Καθηγητής Μηχανικής Συστημάτων Νοημοσύνης στο Πανεπιστήμιο της Ιντιάνα, ηγήθηκε μιας ομάδας ερευνητών που ανέπτυξαν τη γραμματική για την περιγραφή της κυτταρικής συμπεριφοράς. Αυτή η γραμματική επιτρέπει στους επιστήμονες να χρησιμοποιούν απλές προτάσεις στην αγγλική γλώσσα για να δημιουργήσουν ψηφιακές αναπαραστάσεις πολυκυτταρικών βιολογικών συστημάτων και επέτρεψε στην ομάδα να αναπτύξει υπολογιστικά μοντέλα για ασθένειες τόσο πολύπλοκες όσο ο καρκίνος.

«Ενώ αυτή η νέα «γραμματική» επιτρέπει την επικοινωνία μεταξύ βιολογίας και κώδικα, επιτρέπει επίσης την επικοινωνία μεταξύ επιστημόνων από διαφορετικούς κλάδους για να αξιοποιήσουν αυτό το παράδειγμα μοντελοποίησης στην έρευνά τους», δήλωσε ο Daniel Bergman, PhD, επιστήμονας στο IGS και Επίκουρος Καθηγητής Φαρμακολογίας και Φυσιολογίας στο UMSOM και συν-επικεφαλής συγγραφέας με τον Δρ. Johnson.

Ο Δρ. Bergman και οι συνάδελφοί του συνδύασαν στη συνέχεια αυτή τη γραμματική με γονιδιωματικά δεδομένα από πραγματικά δείγματα ασθενών για να μελετήσουν τον καρκίνο του μαστού και του παγκρέατος, με τεχνολογίες όπως η χωρική μεταγραφομική.

Σε ό,τι αφορά τον καρκίνο του μαστού, η ομάδα IGS μοντελοποίησε ένα φαινόμενο όπου το ανοσοποιητικό σύστημα δεν μπορεί να περιορίσει την ανάπτυξη των καρκινικών κυττάρων και αντίθετα προωθεί την εμφάνιση και την εξάπλωση του καρκίνου. Προσάρμοσαν αυτό το υπολογιστικό πλαίσιο μοντελοποίησης για να προσομοιώσουν μια κλινική δοκιμή ανοσοθεραπείας για τον καρκίνο του παγκρέατος.

Χρησιμοποιώντας δεδομένα γονιδιωματικής από μη επεξεργασμένα δείγματα ιστών καρκίνου του παγκρέατος, το μοντέλο προέβλεψε ότι κάθε εικονικός «ασθενής» είχε διαφορετική απόκριση στην ανοσοθεραπεία. Για παράδειγμα, ο καρκίνος του παγκρέατος είναι ένας δύσκολος καρκίνος στη θεραπεία, εν μέρει, επειδή συχνά περιβάλλεται από μια πυκνή δομή μη καρκινικών κυττάρων που ονομάζονται ινοβλάστες. Η ομάδα χρησιμοποίησε νέα τεχνολογία χωρικής γονιδιωματικής για να καταδείξει περαιτέρω τους τρόπους με τους οποίους οι ινοβλάστες επικοινωνούν με τα καρκινικά κύτταρα. Το πρόγραμμα επέτρεψε στους επιστήμονες να παρακολουθήσουν την ανάπτυξη και την εξέλιξη των όγκων του παγκρέατος. 

Επιπλέον, η νέα γραμματική επιτρέπει σε όλους τους επιστήμονες να επωφεληθούν από αυτήν. «Κάνοντας αυτό το εργαλείο προσβάσιμο στην επιστημονική κοινότητα, ανοίγουμε το δρόμο προς την τυποποίηση τέτοιων μοντέλων και την καθιέρωσή τους σε γενικά αποδεκτές μορφές», δήλωσε ο Δρ. Bergman. 

Απολαμβάνετε το περιεχόμενο μας? Εγγραφείτε στο newsletter μας!

«Με αυτό το έργο από το IGS, θέτουμε ένα νέο πλαίσιο για τη βιολογική έρευνα, καθώς οι ερευνητές μπορούν πλέον να δημιουργούν ηλεκτρονικές προσομοιώσεις των πειραμάτων εργαστηρίου και των κλινικών δοκιμών τους, ακόμη και να αρχίσουν να προβλέπουν τις συνέπειες των θεραπειών στους ασθενείς», δήλωσε ο Mark T. Gladwin, MD, Αντιπρόεδρος Ιατρικών Υποθέσεων στο Πανεπιστήμιο του Μέριλαντ στη Βαλτιμόρη, και ο Διακεκριμένος Καθηγητής John Z. και Akiko K. Bowers και Κοσμήτορας του UMSOM. «Προσβλέπουμε σε μελλοντικές εργασίες που θα επεκτείνουν αυτήν την υπολογιστική μοντελοποίηση του καρκίνου στην κλινική».