A pesquisa do exército pode ajudar a melhorar tratamentos contra o cancro e deleite para combater feridas

A pesquisa do exército é a primeira para desenvolver modelos computacionais usando um procedimento da microbiologia que possa ser usado para melhorar tratamentos contra o cancro novos e feridas do combate do deleite.

Usando a técnica, conhecida como o electroporation, um campo elétrico é aplicado às pilhas a fim aumentar a permeabilidade da membrana de pilha, permitindo produtos químicos, drogas, ou ADN a ser introduzido na pilha. Por exemplo, a electro-quimioterapia é um tratamento contra o cancro pioneiro que use o electroporation como meios entregar a quimioterapia em pilhas cancerígenos.

A pesquisa, financiada pelo exército de E.U. e conduzida por pesquisadores na Universidade da California, Santa Barbara e Université de Bordéus, França, desenvolveu uma aproximação computacional para simulações paralelas que modelasse a interacção bioelectrical complexa na escala do tecido.

Previamente, a maioria de pesquisa foi conduzida sobre pilhas individuais, e cada pilha comporta-se de acordo com determinadas regras.

“Quando você os considera um grande número junto, o agregado exibe comportamentos coerentes novos,” disse Pouria Mistani, um pesquisador no UCSB. “É este fenômeno emergente que é crucial para desenvolver teorias eficazes na tecido-escala -- comportamentos novos que emergem do acoplamento de muitos elementos individuais.”

Esta pesquisa nova, publicada no jornal da física computacional, é financiada pelo laboratório de pesquisa do exército do comando da revelação das capacidades do combate dos E.U., o laboratório de investigação corporativo do exército conhecido como ARL, através de seu escritório da pesquisa do exército.

“A pesquisa matemática permite-nos de estudar os efeitos bioelectric das pilhas a fim desenvolver estratégias anticancerosas novas,” disse o Dr. Joseph Myers, chefe de divisão das ciências matemáticas do escritório da pesquisa do exército. “Esta pesquisa nova permitirá umas experiências virtuais mais exactas e mais capazes da evolução e do tratamento das pilhas, cancerígeno ou saudável, em resposta a uma variedade de drogas do candidato.”

Os pesquisadores disseram que um elemento crucial em fazer este possível é a revelação de algoritmos computacionais avançados.

“Há bastante muita matemática que entra no projecto dos algoritmos que podem considerar dez de pilhas bem-resolved dos milhares,” disse Frederic Gibou, um membro da faculdade no departamento da engenharia mecânica e da informática no UCSB.

Uma outra aplicação potencial está acelerando a pulsação elétrica de utilização da cura esbaforido do combate.

“É uma excitação, mas principalmente área inexplorada que hastes de uma discussão mais profunda na fronteira da biologia desenvolvente, a saber como a electricidade influencia a morfogênese,” -- ou o processo biológico que faz com que um organismo desenvolva sua forma -- Gibou disse. “Na cura esbaforido, o objetivo consiste manipular externamente sugestões elétricas para guiar pilhas para crescer mais rapidamente na região ferida e para acelerar o processo de cicatrização.”

O factor comum entre estas aplicações é sua natureza física bioelectric. Nos últimos anos, estabeleceu-se que a natureza bioelectric de organismos vivos joga um papel essencial na revelação de seus formulário e crescimento.

Para compreender fenômenos bioelectric, o grupo de Gibou considerou experiências do computador em esferóides multicellular em 3-D. Os esferóides são agregados de alguns dez dos milhares de pilhas que são usadas na biologia devido a sua similaridade estrutural e funcional com tumores.

“Nós partimos do modelo fenomenológico que foi desenvolvido no grupo de investigação de nosso colega, Clair Poignard da pilha-escala, no Université de Bordéus, França, com quem nós colaboramos por diversos anos,” Gibou dissemos.

Este modelo, que descreve a evolução do potencial da transmembrana em uma pilha isolada, foi comparado e validado com a resposta de uma única pilha nas experiências.

“De lá, nós desenvolvemos a primeira estrutura computacional que pode considerar um agregado da pilha dos dez dos milhares de pilhas e simular suas interacções,” ele dissemos. “O objetivo do fim é desenvolver uma teoria eficaz da tecido-escala para o electroporation.”

Uma das razões principais para a ausência de uma teoria eficaz na escala do tecido é a falta dos dados, de acordo com Gibou e Mistani. Especificamente, os dados faltantes no caso do electroporation são a evolução do tempo do potencial da transmembrana de cada pilha individual em um ambiente do tecido. As experiências não podem fazer aquelas medidas, disseram.

“Actualmente, as limitações experimentais impedem a revelação de uma teoria eficaz do electroporation do tecido-nível,” Mistani disse. “Nosso trabalho desenvolveu uma aproximação computacional que pudesse simular a resposta de pilhas individuais em um esferóide a um campo elétrico assim como a suas interacções mútuas.”

Cada pilha comporta-se de acordo com determinadas regras.

“Mas quando você os considera um grande número junto, o agregado exibe comportamentos coerentes novos,” Mistani disse. “É este fenômeno emergente que é crucial para desenvolver teorias eficazes na tecido-escala -- comportamentos novos que emergem do acoplamento de muitos elementos individuais.”

Os efeitos do electroporation usados no tratamento contra o cancro, por exemplo, dependem de muitos factores, tais como a força do campo elétrico, de seu pulso e de freqüência.

“Este trabalho poderia trazer uma teoria eficaz que as ajudas compreendessem a resposta do tecido a estes parâmetros e aperfeiçoassem assim tais tratamentos,” Mistani disse. “Antes que nosso trabalho, as simulações existentes as maiores do electroporation do agregado da pilha considerado somente aproximadamente cem pilhas em 3-D, ou estêve limitado às 2-D simulações. Aquelas simulações ignoraram a natureza 3-D real dos esferóides ou consideraram demasiado poucas pilhas para que os comportamentos emergentes da tecido-escala manifestem.”

Os pesquisadores estão minando actualmente este conjunto de dados original para desenvolver uma teoria eficaz da tecido-escala do electroporation do agregado da pilha.

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