Компьютерная модель, разработанная под руководством исследователей из Технического университета Граца, моделирует циклические изменения мембранного потенциала раковой клетки на примере аденокарциномы легких человека и открывает совершенно новые возможности в исследованиях рака.

Компьютерные модели были стандартным инструментом в фундаментальных биомедицинских исследованиях на протяжении многих лет. Однако примерно через 70 лет после первой публикации Ходжкина и Хаксли модели нервной клетки с ионным током в 1952 году исследователи из Технологического университета Граца (TU Graz) в сотрудничестве с Медицинским университетом Граца и Мемориальным центром рака им. Слоуна Кеттеринга. Центр в Нью-Йорке, наконец, преуспел в разработке первой в мире модели раковых клеток, тем самым запустив «важный инструмент для современных исследований рака и разработки лекарств», – радуется Кристиан Баумгартнер. Руководитель Института инженерии здравоохранения с Европейским центром тестирования медицинских устройств при ТУ Граца является старшим автором публикации, в которой цифровая модель представлена ​​в журнале.Вычислительная биология PLoS .

Возбудимые и невозбудимые клетки

До сих пор цифровые модели клеток фокусировались на возбудимых клетках, таких как нервные клетки или клетки сердечной мышцы, что позволяло моделировать электрофизиологические процессы не только на клеточном уровне, но также на уровне тканей и органов. Эти модели уже используются для поддержки диагностики и лечения в повседневной клинической практике. Международная исследовательская группа под руководством Баумгартнера впервые сосредоточилась на специфических электрофизиологических свойствах невозбудимых раковых клеток.

В возбудимых клетках электрический стимул запускает так называемые потенциалы действия. Это приводит к кратковременным изменениям электрического потенциала на клеточной мембране, продолжающимся миллисекунды.которые передают “электрическую” информацию от клетки к клетке. Благодаря этому механизму нейронные сети взаимодействуют или активируется сердечная мышца, которая в результате сокращается. Из экспериментальных исследований известно, что «невозбудимые» клетки также обнаруживают характерные колебания потенциала на клеточной мембране. Однако по сравнению с возбудимыми клетками потенциальные изменения происходят очень медленно и в течение всего клеточного цикла, то есть в течение нескольких часов и дней, и служат сигналом для перехода между отдельными фазами клеточного цикла », – объясняет Кристиан Баумгартнер. Глава института Тереза ​​Риенмюллер и аспирант Соня Лангталер Кристиан Баумгартнер были первыми, кто реализовал идею разработки имитационной модели этих механизмов.

Пример опухоли легкого

Патологические изменения напряжения клеточной мембраны, особенно во время клеточного цикла, имеют фундаментальное значение для развития и прогрессирования рака. Соня Лангталер подробно продолжает: «Ионные каналы соединяют внешнее и внутреннее пространство клетки. Они обеспечивают обмен ионами, такими как калий, кальций или натрий, и тем самым регулируют мембранный потенциал. Изменения в составе ионных каналов, а также измененное функциональное поведение того же самого, может привести к нарушениям клеточного деления, возможно, даже влияя на дифференцировку клеток и, таким образом, трансформируя здоровую клетку в больную (канцерогенную) клетку ».