Новая компьютерная модель точно отображает поведение рака

Ученые из Университета Джона Хопкинса разработали компьютерную модель для более точного вычисления и визуализации структурных и функциональных изменений кровеносных сосудов, необходимых для роста опухоли. Эта разработка, немного напоминающая «Google Карты», точно отображает движение крови внутри опухолей, включая сложный кровоток, оксигенацию и происходящие структурные изменения.

Результаты работы ученых были опубликованы в журнале «Nature Scientific Reports».

Проект был разработан из-за необходимости учитывать особенности биологии рака в растущих и развивающихся опухолях. Ученые нуждаются в более совершенных прогностических моделях, так как многие существующие модели используют рудиментарные аппроксимации сложной геометрии кровеносных сосудов опухолей. Недостаточная презентация микроокружения опухоли делает модели, и исследования, основанные на них, менее точными.

Чтобы создать модель, которая наиболее точно бы отражала структуру и поведение опухоли, ученые имплантировали мышам клетки рака молочной железы человека и визуализировали полученные новообразования при помощи трехмерной магнитно-резонансной микроскопии и микро-КТ-визуализации. Полученные 3D изображения с высоким разрешением предоставили максимально подробную информацию об объеме опухоли и структуре ее кровеносных сосудов.

Исследователи выполнили картирование базовой структуры кровеносных сосудов и изучили научную литературу, чтобы выяснить, как эти структуры будут вести себя в живой среде. В частности, они искали исследования, в которых проводилось измерение кровяного давления, кровотока и объема в сосудах, подобных тем, которые были в опухолях.

Затем исследователи объединили данные ранее опубликованных исследований с информацией, которую они собрали самостоятельно.

«Новая модель включает в себя тысячи точек данных о прогнозируемом кровотоке и внутрисосудистой оксигенации в опухолях» - сообщили ученые.

Затем исследователи создали совершенно новый способ представления информации, максимально легкий и понятный. Результатом их работы стала трехмерная презентация сети кровеносных сосудов каждой опухоли с цветной кодировкой движений крови по сосудам. Новая модель напоминала Google Карты, где сегменты кровеносных сосудов играли роль «улиц», а потом крови в каждом сегменте был аналогичен движению вдоль каждой «улицы».

По словам ученых, новая модель, как и картографические приложения, помогает понять, что происходит в опухоли в любо момент времени. Ее можно сделать интерактивной, чтобы пользователи измеряли такие параметры, как ширина кровеносных сосудов, и могли наблюдать, какое влияние оказывает лечение на кровоток.

Уже сейчас модель может помочь биоинженерам и раковым биологам в изучении аспектов биологии рака «in silico» - при компьютерном моделировании.

Ученые также сообщили, что, несмотря на то, что новый подход еще нельзя применять на опухолях человека, в будущем этот инструмент можно адаптировать, чтобы обеспечить неинвазивный способ прогнозирования поведения рака у пациентов и индивидуализации его терапии.

Источник: https://www.sciencedaily.com/releases/2019/05/190506100706.htm