Новая вычислительная модель поможет лучше понять развитие раковых клеток

Новая вычислительная модель, разработанная исследователями из Городского колледжа Нью-Йорка и Йельского университета, дает более четкое представление о структуре и механике мягких, изменяющих форму клеток, которые могут обеспечить лучшее понимание роста раковых опухолей, заживления ран и развития эмбрионов.

Марк Д. Шаттак, профессор физики в институте Бенджамина Левича из городского колледжа, и исследователи в Йельском университете разработали новую эффективную вычислительную модель. Это позволяет моделируемым частицам реально изменять форму, сохраняя объем при взаимодействии с другими частицами. Их результаты появляются в последнем издании Physical Review Letters.

Разработка компьютерного моделирования частиц проста, потому что они не могут легко изменить форму. Делать то же самое для клеток и других деформируемых частиц сложнее, и в настоящее время исследователи используют вычислительные модели не совсем точно, чтобы узнать как деформируются мягкие частицы.

Вычислительная модель, разработанная Шэттуком и ведущим исследователем из Йельского университета Кори О'Херном, отслеживает точки на поверхностях многоугольных ячеек. Каждая точка поверхности движется независимо друг от друга в соответствии с окружением и соседними частицами, что позволяет форме частицы изменяться. Это сложнее в вычислительном отношении, чем текущее моделирование, но необходимо для правильного моделирования деформации частиц.

«Теперь у нас есть эффективная точная вычислительная модель для исследования», - сказал Шаттук. Это также позволяет исследователям легко регулировать межклеточные взаимодействия, учитывать направленное движение и может использоваться как для 2D, так и для 3D систем.

Один неожиданный результат модели показывает, что деформируемые частицы должны отклоняться от сферы более чем на 15%, чтобы полностью заполнить пространство.

«В нашей новой модели, если к системе не применяется внешнее давление, частицы являются сферическими», - сказал О'Херн. «Когда давление увеличивается, частицы деформируются, увеличивая долю занимаемого ими пространства. Когда частицы полностью заполняют пространство, они деформируются на 15%. Будь то пузырьки, капли или клетки, это универсальный результат для мягкой системы частиц. "

Среди других применений эта технология может дать исследователям новый инструмент для изучения того, как метастазируют раковые опухоли. «Теперь мы можем создавать реалистичные модели клеток в опухолях с помощью компьютерного моделирования и задавать важные вопросы, например, нужно ли клетке в опухоли изменить свою форму, чтобы стать более способной к движению и в конечном итоге покинуть опухоль».

Источник: https://www.sciencedaily.com/releases/2018/12/181211122439.htm