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Le modèle mathématique neuf peut aider à prévoir le risque d'anémie

Une collaboration entre un médecin-chercheur chez Massachusetts General Hospital (MGH) et un mathématicien d'Université de Harvard a mené au développement d'un modèle mathématique réfléchissant comment les hématies changent dans la taille et teneur d'hémoglobine pendant leur durée de vie de quatre mois. Dans leur état publié en ligne dans l'édition tôt de PNAS, le John Higgins, le centre de DM, de MGH pour la biologie et le Service de Pathologie de systèmes, et le L. Mahadevan, PhD, école de Harvard du bureau d'études et sciences appliquées (MERS), décrivez également comment leur modèle peut être employé pour fournir des informations cliniques précieuses.

« Cette étude décrit une voie prometteuse de prévoir qui est susceptible de devenir anémique avant qu'elles fassent réellement, et il est basé sur des essais par habitude réalisés dans les hôpitaux, » dit Higgins. « Plus généralement, nous avons constaté qu'un type d'analyse mathématique utilisé généralement dans la physique peut être appliqué aux caractéristiques cliniques et découvrir les détails neufs de la physiologie humaine qui peuvent aider à améliorer le diagnostic. »

Mahadevan ajoute, « nous prouvent qu'il est possible d'employer les modèles minimaux pour comprimer les informations disponibles dans des caractéristiques cliniques existantes dans quelques paramètres, qui peuvent alors servir de base quantitative à comparer des caractéristiques en travers de la population entière. » Il est également un membre du service d'Université de Harvard de la biologie Organismic et évolutionnaire et l'institut de Wyss pour le bureau d'études biologiquement inspiré.

Dans les adultes sains, environ 250 milliards d'hématies oxygène-transportantes (RBCs) sont relâchées de la moelle osseuse chaque jour, et un numéro assimilé sont libérés de la circulation sanguine. Tandis que beaucoup est connu au sujet de la façon dont ces cellules se développent au commencement à partir des cellules souche de sang-système, beaucoup moins est connu au sujet de la façon dont les GR mûrissent et sont éventuellement détruits. Les études récentes ont indiqué que les GR très jeunes, qui sont plus grands et ont des taux de hémoglobine plus élevés que les cellules matures, remarquent une perte rapide dans la taille et le teneur d'hémoglobine pendant leurs jours premiers. Pendant que les cellules mûrissent, elles continuent à détruire le volume et l'hémoglobine, mais à des régimes sensiblement plus lents.

Pour l'étude actuelle, les chercheurs ont travaillé pour développer une description mathématique relativement simple de la façon dont le volume et la teneur en hémoglobine du GR moyen changent au fil du temps. À partir des caractéristiques connues des jeunes et des cellules matures, ils ont développé des équations cet environ comment les jeunes cellules sont transformées dans les cellules matures. Après avoir établi leur modèle avec des caractéristiques des personnes en bonne santé, ils ont découvert que les caractéristiques des patients présentant trois types d'anémie correspondent à différentes valeurs de paramètre dans le modèle.

Par exemple, il s'avère que des GR des personnes en bonne santé sont libérés de la circulation sanguine avant qu'ils rétrécissent au delà d'une taille spécifique. Mais dans les patients présentant l'anémie ferriprive douce ou un trait appelé de thalassémie d'état génétique, les GR continuent de rétrécir à travers le seuil de jeu pour des cellules saines. En recherchant une population croissante de petits GR dans les prises de sang des personnes qui ont eu une prise de sang normale et ont puis continué pour développer l'anémie ferriprive 30 à 90 jours plus tard, les chercheurs pouvaient prévoir le développement de l'anémie ferriprive.

La « recherche du changement de vitesse d'initiale de ce seuil peut nous permettre de recenser une anémie se développante sensiblement plus tôt que nous pouvons maintenant, » Higgins dit. « L'anémie ferriprive inexpliquée dans les adultes est souvent un signe de beaucoup plus d'affection grave. Une étude a prouvé que 11 pour cent de ceux avec l'anémie ferriprive non provoquée par saigner évident réellement ont eu le cancer du côlon. Dans les cas aimez ceux, en diagnostiquant l'anémie que 90 jours plus tôt serait comparable à diagnostiquer le cancer fondamental 90 jours plus tôt. »

Un professeur adjoint de biologie de systèmes à la Faculté de Médecine de Harvard, Higgins note que les compétences Mahadevan porté à leur collaboration étaient inestimables. « Il y a très peu de scientifiques mathématiquement sophistiqués qui sont aussi bien informés au sujet de la biomédecine que Mahadevan, et sa curiosité illimitée lui permet ou même oblige de comprendre tous les aspects nécessaires du système biologique. Il a à plusieurs reprises montré comment les maths complexes peuvent mener aux modèles intuitifs simples des phénomènes biologiques, et c'est ces modèles simples qui avancent vraiment notre compréhension. »

Mahadevan, de Valpine Professeur des mathématiques appliquées aux MERS de Harvard et un professeur de la biologie Organismic et évolutionnaire, indique, « réunir des caractéristiques cliniques, des compétences mathématiques et de calcul et culture scientifique pour concerner des problèmes branchés à la pratique du médicament est avec précision ce qui est nécessaire pour porter le médicament vers devenir un sujet quantitatif finement ajusté. La combinaison rare de John de la connaissance, les talents et l'enthousiasme sont un exemple merveilleux de cette approche. »