La ricerca dell'esercito può contribuire a migliorare i trattamenti del cancro e l'ossequio per combattere le ferite

La ricerca dell'esercito è la prima per sviluppare i modelli di calcolo facendo uso di una procedura di microbiologia che può essere seguita per migliorare i trattamenti del cancro novelli e le ferite di combattimento dell'ossequio.

Facendo uso della tecnica, conosciuta come l'elettroporazione, un campo elettrico si applica alle celle per aumentare la permeabilità della membrana cellulare, permettendo i prodotti chimici, le droghe, o il DNA da presentare nella cella. Per esempio, la elettrotipia-chemioterapia è un trattamento del cancro di avanguardia che usa l'elettroporazione come mezzi per consegnare la chemioterapia nelle celle cancerogene.

La ricerca, costituita un fondo per dall'esercito di Stati Uniti e condotta dai ricercatori all'università di California, Santa Barbara ed Université de Bordeaux, Francia, ha sviluppato un approccio di calcolo per le simulazioni parallele che modella l'interazione bioelectrical complessa al disgaggio del tessuto.

Precedentemente, la maggior parte della ricerca è stata condotta sulle diverse celle ed ogni cella si comporta secondo determinate norme.

“Quando le considerate insieme tantissimo, il cumulo esibisce i comportamenti coerenti novelli,„ ha detto Pouria Mistani, un ricercatore all'UCSB. “È questo fenomeno emergente che è cruciale per sviluppare le efficaci teorie al tessuto-disgaggio -- comportamenti novelli che emergono dall'accoppiamento di molti diversi elementi.„

Questa nuova ricerca, pubblicata nel giornale di fisica di calcolo, è costituita un fondo per dal laboratorio di ricerca dell'esercito degli Stati Uniti di combattimento delle capacità del comando dello sviluppo, il laboratorio di ricerca corporativo dell'esercito conosciuto come ARL, attraverso il suo ufficio della ricerca dell'esercito.

“La ricerca matematica ci permette di studiare gli effetti bioelectric delle celle per sviluppare le nuove strategie anticancro,„ ha detto il Dott. Joseph Myers, capo di divisione di scienze matematiche dell'ufficio della ricerca dell'esercito. “Questa nuova ricerca permetterà agli esperimenti virtuali più accurati e più capaci dell'evoluzione e del trattamento delle celle, cancerogeno o sano, in risposta a varie droghe del candidato.„

I ricercatori hanno detto che un elemento cruciale nella fabbricazione del questo possibile è lo sviluppo degli algoritmi di calcolo avanzati.

“C'è matematica molti che entra in progettazione degli algoritmi che possono considerare decine di migliaia celle ben-risolte,„ ha detto Frederic Gibou, un docente nel dipartimento dell'ingegneria meccanica e dell'informatica all'UCSB.

Un'altra applicazione potenziale sta accelerando la guarigione ferita combattimento facendo uso della pulsazione elettrica.

“È eccitare, ma pricipalmente area inesplorata che proviene da una discussione più profonda alla frontiera di biologia dello sviluppo, vale a dire come l'elettricità influenza la morfogenesi,„ -- o il trattamento biologico che induce un organismo a sviluppare la sua forma -- Gibou ha detto. “In ferita che guarisce, lo scopo è esternamente di manipolare le indicazioni elettriche per guidare le celle per svilupparsi più velocemente nella regione ferita e per accelerare il trattamento curativo.„

Il fattore comune fra queste applicazioni è la loro natura fisica bioelectric. Negli ultimi anni, è stato stabilito che la natura bioelectric degli organismi viventi svolgesse un ruolo fondamentale nello sviluppo del loro modulo e crescita.

Per capire i fenomeni bioelectric, il gruppo di Gibou ha considerato gli esperimenti del computer sulle sferoidi multicellulari in 3-D. Le sferoidi sono cumuli di alcune decine di migliaia di celle che sono utilizzate nella biologia a causa della loro similarità strutturale e funzionale con i tumori.

“Abbiamo cominciato dal modello fenomenologico che è stato sviluppato nel gruppo di ricerca del nostro collega, Clair Poignard del cella-disgaggio, al Université de Bordeaux, Francia, con cui abbiamo collaborato per parecchi anni,„ Gibou abbiamo detto.

Questo modello, che descrive l'evoluzione di potenziale del transmembrane su una cella isolata, è stato paragonato e convalidato stato alla risposta di un unicellulare negli esperimenti.

“Da là, abbiamo sviluppato la prima struttura di calcolo che può considerare un cumulo delle cellule di decine di migliaia di celle e simulare le loro interazioni,„ lui abbiamo detto. “Lo scopo finale è di sviluppare un'efficace teoria del tessuto-disgaggio per l'elettroporazione.„

Uno dei motivi principali per l'assenza di efficace teoria al disgaggio del tessuto è la mancanza di dati, secondo Gibou e Mistani. Specificamente, i dati mancanti nel caso dell'elettroporazione sono l'evoluzione di tempo del potenziale del transmembrane di ogni cella determinata in un ambiente del tessuto. Gli esperimenti non possono effettuare quelle misure, hanno detto.

“Corrente, le limitazioni sperimentali impediscono lo sviluppo di efficace di teoria livella del tessuto di elettroporazione,„ Mistani ha detto. “Il nostro lavoro ha sviluppato un approccio di calcolo che può simulare la risposta di diverse celle in una sferoide ad un campo elettrico come pure alle loro interazioni reciproche.„

Ogni cella si comporta secondo determinate norme.

“Ma quando le considerate insieme tantissimo, il cumulo esibisce i comportamenti coerenti novelli,„ Mistani ha detto. “È questo fenomeno emergente che è cruciale per sviluppare le efficaci teorie al tessuto-disgaggio -- comportamenti novelli che emergono dall'accoppiamento di molti diversi elementi.„

Gli effetti dell'elettroporazione utilizzati nel trattamento del cancro, per esempio, dipendono da molti fattori, quale la resistenza del campo elettrico, del suo impulso e della frequenza.

“Questo lavoro potrebbe portare un'efficace teoria che le guide capiscono la risposta del tessuto a questi parametri e così ottimizzano tali trattamenti,„ Mistani ha detto. “Prima che il nostro lavoro, le più grandi simulazioni attuali dell'elettroporazione del cumulo delle cellule considerata soltanto circa cento celle in 3-D, o sia limitato alle 2-D simulazioni. Quelle simulazioni hanno trascurato la natura 3-D reale delle sferoidi o hanno considerato troppo poche celle affinchè i comportamenti emergenti del tessuto-disgaggio si manifestino.„

I ricercatori corrente stanno estraendo questo gruppo di dati unico per sviluppare un'efficace teoria del tessuto-disgaggio dell'elettroporazione del cumulo delle cellule.

Sorgente: https://www.arl.army.mil/