La investigación del ejército puede ayudar a perfeccionar tratamientos contra el cáncer y la invitación para combate heridas

La investigación del ejército es la primera para desarrollar modelos de cómputo usando un procedimiento de la microbiología que se pueda utilizar para perfeccionar tratamientos contra el cáncer nuevos y heridas del combate de la invitación.

Usando la técnica, conocida como electroporación, un campo eléctrico se aplica a las células para aumentar la permeabilidad de la membrana celular, permitiendo las substancias químicas, las drogas, o la DNA que se introducirá en la célula. Por ejemplo, la electro-quimioterapia es un tratamiento contra el cáncer punta que utiliza la electroporación como los medios de entregar la quimioterapia en las células cacerígenas.

La investigación, financiada por el ejército americano Y conducto por los investigadores en la Universidad de California, Santa Barbara y Université de Bordeaux, Francia, ha desarrollado una aproximación de cómputo para las simulaciones paralelas que modela la acción recíproca bioelectrical compleja en la escala del tejido.

Previamente, la mayoría de la investigación ha conducto sobre las células individuales, y cada célula se comporta según ciertas reglas.

“Cuando usted las considera un gran número juntas, el agregado exhibe comportamientos coherentes nuevos,” dijo a Pouria Mistani, investigador en el UCSB. “Es este fenómeno emeregente que es crucial para desarrollar teorías efectivas en la tejido-escala -- comportamientos nuevos que emergen del acoplamiento de muchos elementos individuales.”

Esta nueva investigación, publicada en el gorrón de la física de cómputo, es financiada por el laboratorio de investigación del ejército de los E.E.U.U. del combate de las capacidades del mando del revelado, el laboratorio de la investigación de la corporación del ejército conocido como ARL, a través de su oficina de la investigación del ejército.

La “investigación matemática nos permite estudiar los efectos bioelectric de células para desarrollar nuevas estrategias anticáncer,” dijo al Dr. José Myers, jefe de división de ciencias matemáticas de la oficina de la investigación del ejército. “Esta nueva investigación habilitará experimentos virtuales más exactos y más capaces de la evolución y del tratamiento de células, cacerígeno o sano, en respuesta a una variedad de drogas del candidato.”

Los investigadores dijeron que un elemento crucial en la fabricación de este posible es el revelado de algoritmos de cómputo avanzados.

“Hay bastantes de las matemáticas que entran el diseño de los algoritmos que pueden considerar decenas de miles las células bien-resueltas,” dijeron a Federico Gibou, un miembro del profesorado en el departamento de la ingeniería industrial y de informática en el UCSB.

Otro uso potencial está acelerando la cura herida combate usando la pulsación eléctrica.

“Es una excitación, pero principal el área inexplorada que proviene una discusión más profunda en la frontera de la biología de desarrollo, a saber cómo la electricidad influencia morfogénesis,” -- o el proceso biológico que hace un organismo desarrollar su forma -- Gibou dijo. “En la herida que cura, la meta es externamente manipular señales de entrada eléctricas para conducir las células para crecer más rápidamente en la región herida y para acelerar el proceso curativo.”

El factor común entre estos usos es su naturaleza física bioelectric. Estos últimos años, se ha establecido que la naturaleza bioelectric de organismos vivos desempeña un papel fundamental en el revelado de su forma e incremento.

Para entender fenómenos bioelectric, el grupo de Gibou consideraba experimentos de la computador en esferoides multicelulares en tridimensional. Los esferoides son agregados de algunas decenas de miles de células que se utilicen en biología debido a su semejanza estructural y funcional con los tumores.

“Salimos del modelo fenomenológico que fue desarrollado en el grupo de investigación de nuestro colega, Clair Poignard de la célula-escala, en el Université de Bordeaux, Francia, con la cual hemos colaborado por varios años,” Gibou dijimos.

Este modelo, que describe la evolución del potencial de la transmembrana en una célula aislada, se ha comparado y se ha validado con la reacción de una célula en experimentos.

“De allí, desarrollamos el primer marco de cómputo que puede considerar un agregado de la célula de decenas de miles de células y simular sus acciones recíprocas,” él dijimos. “El objetivo final es desarrollar una teoría efectiva de la tejido-escala para la electroporación.”

Una de las razones principales de la ausencia de una teoría efectiva en la escala del tejido es la falta de datos, según Gibou y Mistani. Específicamente, los datos faltantes en el caso de la electroporación son la evolución del tiempo del potencial de la transmembrana de cada célula individual en un ambiente del tejido. Los experimentos no pueden hacer esas mediciones, dijeron.

“Actualmente, las limitaciones experimentales previenen el revelado de una teoría efectiva de la electroporación del tejido-nivel,” Mistani dijo. “Nuestro trabajo ha desarrollado una aproximación de cómputo que puede simular la reacción de células individuales en un esferoide a un campo eléctrico así como a sus acciones recíprocas mutuas.”

Cada célula se comporta según ciertas reglas.

“Pero cuando usted las considera un gran número juntas, el agregado exhibe comportamientos coherentes nuevos,” Mistani dijo. “Es este fenómeno emeregente que es crucial para desarrollar teorías efectivas en la tejido-escala -- comportamientos nuevos que emergen del acoplamiento de muchos elementos individuales.”

Los efectos de la electroporación usados en el tratamiento contra el cáncer, por ejemplo, dependen de muchos factores, tales como la fuerza del campo eléctrico, de su pulso y de la frecuencia.

“Este trabajo podría traer una teoría efectiva que las ayudas entienden la reacción del tejido a estos parámetros y optimizan así tales tratamientos,” Mistani dijo. “Antes de que nuestro trabajo, las simulaciones existentes más grandes de la electroporación del agregado de la célula considerada solamente cerca de cientos células en tridimensional, o fue limitado a las 2.as simulaciones. Esas simulaciones ignoraron la naturaleza tridimensional real de esferoides o consideraban demasiado pocas células para que los comportamientos emeregentes de la tejido-escala manifiesten.”

Los investigadores están minando actualmente este grupo de datos único para desarrollar una teoría efectiva de la tejido-escala de la electroporación del agregado de la célula.

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