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数学模型可以提高我们对癌症的认识
时间:2021-06-12
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来源:本站原创

  研究人员开发了一种新的数学工具,可以帮助我们更好地理解细胞在癌症等疾病中失去极性(方向)时会发生什么。这一结果进一步加深了我们对受精卵如何发育成完整生物体的理解。生物形状,如单个器官或整个身体,可以非常精确地复制或保持,就像在胚胎发育或成年阶段一样。

  目前尚不清楚细胞如何知道为了修复组织损伤而形成哪些结构:

  多细胞生物可以发展出高度复杂的结构,这些结构构成了它们的组织或器官,并且能够在受伤后对这些结构进行完美的复制。这包括折叠薄片,由一组分裂和相互作用的细胞组成。然而,尽管人们对发育和组织修复过程中的一些中间步骤有了很多了解,但数千个细胞如何协同工作以形成它们所需的形状仍是未知的。

  建立数学模型:

  在这项研究中,我们想知道细胞是如何组织成折叠的薄片和试管的,以及这个过程是如何像在发育过程中看到的那样精确复制的,该研究的第一作者、丹麦哥本哈根大学斯特普罗维斯干细胞决策中心的博士生塞拉斯·博伊·尼森(Silas Boye Nissen)说。为了回答这个问题,我们建立了一个数学工具,可以模拟两种类型的细胞极性,并模拟有多少细胞组织成折叠的薄片和器官。

  研究人员发现,通过改变模型中两个极性中的一个,他们能够模拟出丰富多样的形状。形状上的差异是由两个因素决定的:细胞的初始排列和外部边界——比如影响内部胚胎发育的鸡蛋形状。

  通过探索大量的理论场景,其中的极性被改变,模型能够缩小焦点到少数理论,以进行实验测试。该模型预测,在实验室中生长的器官(称为类器官)的微缩模型中,细胞快速、失衡的生长将导致类器官产生大量浅层褶皱,而培养基对类器官造成的外部压力将导致更少、更深和更长的褶皱。这意味着该模型可以提高我们对大脑或胰腺等折叠器官是如何形成的理解。

  很少有简单的规则适用于生物形状的形成:

  我们的发现增进了我们对单个细胞的特性是如何导致数千个细胞形成不同形状的理解,资深作者、哥本哈根大学CMOL生命模型中心(Center for Models of Life, CMOL)主任金•斯奈彭(Kim Sneppen)教授和资深合著者阿拉•特鲁西纳(Ala Trusina)总结道:我们的研究表明,身体部位的形成可能不需要详细的指令,相反,细胞可以遵循一些简单的规则。香港治疗肿瘤,我们现在可以探索如果细胞在错误的时间或地点获得或失去它们的极性会发生什么,就像在癌症中经常发生的那样。

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