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研究人员开发出世界上第一个癌细胞数字模型

多年来,计算机模型一直是基础生物医学研究的标准工具。然而,在 Hodgkin & Huxley 于 1952 年首次发表神经细胞离子流模型大约 70 年后,格拉茨科技大学 (TU Graz) 的研究人员与格拉茨医科大学和纪念斯隆凯特琳癌症中心合作纽约中心终于成功开发了世界上第一个癌细胞模型,从而推出了“现代癌症研究和药物开发的重要工具”,克里斯蒂安·鲍姆加特纳 (Christian Baumgartner) 高兴地报告说。TU Graz 欧洲医疗器械测试中心卫生保健工程研究所所长是该出版物的资深作者,该出版物中的数字模型出现在PLoS 计算生物学杂志上。

可兴奋和不可兴奋细胞

迄今为止,数字细胞模型主要关注可兴奋细胞,例如神经或心肌细胞,不仅可以在细胞水平上模拟电生理过程,还可以在组织和器官水平上进行模拟。这些模型已被用于支持日常临床实践中的诊断和治疗。由 Baumgartner 领导的国际研究团队首次将注意力集中在非兴奋性癌细胞的特定电生理特性上。

在可兴奋的细胞中,电刺激会触发所谓的动作电位。这会导致细胞膜上持续数毫秒的电势的短期变化,从而在细胞之间传递“电”信息。通过这种机制,神经网络进行交流或激活心肌,从而收缩。从实验研究可知,“不可兴奋”细胞在细胞膜上也表现出特征性的电位波动。然而,与可兴奋的细胞相比,潜在的变化发生得非常缓慢,并且在整个细胞周期内(即数小时和数天)发生,并作为单个细胞周期阶段之间过渡的信号,”Christian Baumgartner 解释说。研究所所长特蕾莎·里恩米勒 (Theresa Rienmüller)

肺肿瘤示例

细胞膜电压的病理变化,特别是在细胞周期期间,是癌症发展和进展的基础。Sonja Langthaler 继续详细介绍:“离子通道将细胞的外部连接到内部。它们能够交换钾、钙或钠等离子,从而调节膜电位。离子通道组成的变化,以及相同的功能行为改变,可能导致细胞分裂中断,甚至可能影响细胞分化,从而将健康细胞转化为患病(致癌)细胞。”

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