La recherche de forces terrestres peut aider à améliorer les traitements contre le cancer et le festin pour combattre des blessures

La recherche de forces terrestres est la première pour développer les modèles de calcul suivant une procédure de microbiologie qui peut être employée pour améliorer des traitements contre le cancer nouveaux et des blessures de combat de festin.

Utilisant la technique, connue sous le nom d'électroperméabilisation, un champ électrique est appliqué aux cellules afin d'augmenter la perméabilité de la membrane cellulaire, permettant des produits chimiques, des médicaments, ou l'ADN à introduire dans la cellule. Par exemple, l'électro-chimiothérapie est un traitement contre le cancer tranchant qui emploie l'électroperméabilisation en tant que des moyens de fournir la chimiothérapie dans des cellules cancéreuses.

La recherche, financée par l'armée américaine Et conduite par des chercheurs à l'Université de Californie, Santa Barbara et Université de Bordeaux, France, a développé une approche de calcul pour des simulations parallèles qui modélise l'interaction bioelectrical complexe à l'écaille de tissu.

Précédemment, la plupart de recherche a été conduite sur différentes cellules, et chaque cellule se comporte selon certaines règles.

« Quand vous les considérez un grand nombre ensemble, l'ensemble montre des comportements logiques nouveaux, » a dit Pouria Mistani, un chercheur à l'UCSB. « C'est ce phénomène émergent qui est essentiel pour développer des théories efficaces à la tissu-écaille -- comportements nouveaux qui apparaissent du couplage de beaucoup de différents éléments. »

Cette recherche neuve, publiée dans le tourillon de la physique de calcul, est financée par les laboratoires de recherche des forces terrestres de la commande de développement de potentiel de combat des États-Unis, le laboratoire de recherche d'entreprise des forces terrestres connu sous le nom d'ARL, par son bureau de recherches de forces terrestres.

« La recherche mathématique nous permet d'étudier les effets bioelectric des cellules afin de développer des stratégies anticancéreuses neuves, » a dit M. Joseph Myers, responsable mathématique de Division des affaires scientifiques de bureau de recherches de forces terrestres. « Cette recherche neuve activera des expériences virtuelles plus précises et plus capables de l'évolution et de la demande de règlement des cellules, cancéreux ou sain, en réponse à un grand choix de médicaments de candidat. »

Les chercheurs ont dit qu'un élément essentiel en effectuant ce possible est le développement des algorithmes de calcul avancés.

« Il y a énormément de mathématiques qui entrent dans le modèle des algorithmes qui peuvent considérer des dizaines de cellules bien-resolved de milliers, » ont dit Frederic Gibou, un membre de la faculté dans le service de l'industrie mécanique et de l'informatique à l'UCSB.

Une autre application possible accélère la cicatrisation de combat utilisant la pulsation électrique.

« Il est exciter, mais principalement un endroit encore inconnu qui provient d'une discussion plus profonde à la frontière de la biologie du développement, à savoir comment l'électricité influence la morphogénèse, » -- ou le procédé biologique qui fait développer un organisme sa forme -- Gibou a dit. « Dans la cicatrisation, l'objectif est de manipuler extérieurement des caractères indicateurs électriques pour guider des cellules pour se développer plus rapidement dans la région blessée et pour accélérer le processus de guérison. »

Le facteur courant parmi ces applications est leur nature matérielle bioelectric. Ces dernières années, on l'a déterminé que la nature bioelectric des organismes vivants joue un rôle pivot dans le développement de leur forme et accroissement.

Pour comprendre des phénomènes bioelectric, le groupe de Gibou a considéré des expériences d'ordinateur sur les sphéroïdes multicellulaires dans à trois dimensions. Les sphéroïdes sont des ensembles de quelques dizaines de milliers de cellules qui sont employées dans la biologie à cause de leur similitude structurelle et fonctionnelle avec des tumeurs.

« Nous avons commencé à partir du modèle phénoménologique de cellule-écaille qui a été développé à l'organisme de recherche de notre collègue, Clair Poignard, chez Université de Bordeaux, France, avec qui nous avons collaboré pendant plusieurs années, » Gibou avons dit.

Ce modèle, qui décrit l'évolution du potentiel de transmembrane sur une cellule d'isolement, a été et validé avec la réaction d'une cellule dans les expériences.

« À partir de là, nous avons développé le premier cadre de calcul qui peut considérer un ensemble de cellules des dizaines de milliers de cellules et simuler leurs interactions, » il avons dit. « L'objectif final est de développer une théorie efficace de tissu-écaille pour l'électroperméabilisation. »

Une des raisons principales de l'absence d'une théorie efficace à l'écaille de tissu est le manque de caractéristiques, selon Gibou et Mistani. Particulièrement, la caractéristique manquante dans le cas de l'électroperméabilisation est l'évolution de temps du potentiel de transmembrane de chaque cellule individuelle dans un environnement de tissu. Les expériences ne peuvent pas effectuer ces mesures, elles ont indiqué.

« Actuel, les limitations expérimentales évitent le développement d'une théorie efficace d'électroperméabilisation de niveau du tissu, » Mistani a dit. « Notre travail a développé une approche de calcul qui peut simuler la réaction de différentes cellules dans un sphéroïde à un champ électrique ainsi qu'à leurs interactions mutuelles. »

Chaque cellule se comporte selon certaines règles.

« Mais quand vous les considérez un grand nombre ensemble, l'ensemble montre des comportements logiques nouveaux, » Mistani a dit. « C'est ce phénomène émergent qui est essentiel pour développer des théories efficaces à la tissu-écaille -- comportements nouveaux qui apparaissent du couplage de beaucoup de différents éléments. »

Les effets de l'électroperméabilisation utilisés dans le traitement contre le cancer, par exemple, dépendent de beaucoup de facteurs, tels que la force du champ électrique, de son pouls et de fréquence.

« Ce travail pourrait porter une théorie efficace que les aides comprennent la réaction de tissu à ces paramètres et optimisent ainsi de telles demandes de règlement, » Mistani a dit. « Avant que notre travail, les plus grandes simulations existantes de l'électroperméabilisation d'ensemble de cellules seulement considérée environ cents cellules dans à trois dimensions, ou ont été limités aux 2-D simulations. Ces simulations ont ignoré la nature à trois dimensions réelle des sphéroïdes ou ont considéré trop peu de cellules pour que les comportements émergents de tissu-écaille se manifestent. »

Les chercheurs extraient actuel ce seul ensemble de données pour développer une théorie efficace de tissu-écaille d'électroperméabilisation d'ensemble de cellules.