תאום דיגיטלי של תאי סרטן הריאות מציע תובנות חדשות על צמיחת וטיפול בגידולים

מודל מחשב משופר עוזר כעת לספק תובנות טריות לגבי צמיחת תאי סרטן וכיצד ניתן לעצור אותו. מודל התא הדיגיטלי מייצג צעד נוסף לעבר טיפול בסרטן אינדיבידואלי.

צוות בראשות כריסטיאן באומגרטנר מהמכון להנדסת שירותי בריאות באוניברסיטת גרז לטכנולוגיה (TU GRAZ) פיתח תאום דיגיטלי מפורט ביותר של קו תאי סרטן הריאות A549. התאום בונה על תהליכים ביו -אלקטרוניים ודינמיקת סידן בפנים התא בדרכים חדשות חדשניות. סידן הוא מרכיב חיוני בהישרדותם של תאים ביולוגיים. עם זאת, אם ריכוז הסידן בתוך תא גבוה מדי, זה יכול לגרום למוות של תאים – וזה מה שהופך את היסוד לגורם מעניין כל כך בטיפול בסרטן.

נוצר תחת פרויקט Diglungcancer, מודל התא בונה על מודל מוקדם יותר משנת 2021 – הנחשב כמודל הנוכחי של היון הדיגיטלי הראשון בעולם של קו תאי אדנוקרצינומה של ריאה אנושית. המודל המשופר יסלל את הדרך למחקר על הדרכים בהן זרמי סידן ומתחי חשמל על קרום התא משפיעים על צמיחת תאי סרטן. למרות שלא ניתן להפעיל תאים אלה במובן הנוירופיזיולוגי המקובל, הם אכן מדגימים פעילות חשמלית. המודל הדיגיטלי מספק את התיאור התפקודי המפורט ביותר של ביו -אלקטרוני בתאי סרטן עד כה. המטרה לטווח הארוך היא לזהות יעדים חדשים לתרופות ואסטרטגיות טיפול בהתאמה אישית. הפרויקט ממומן על ידי הסניף הסטריאני של ארגון הייעוץ והתמיכה של הסרטן האוסטרי Österreichische Krebshilfe.

תובנה לגבי בקרת מחזור תאים

"אחת ההתקדמות המשמעותית במודל התא המשופר שלנו היא הסימולציה המפורטת של חלוקת הסידן התוך תאית,"הערות כריסטיאן באומגרטנר."לראשונה הצלחנו לכלול אזורים קטנים, או מיקרו -דומיינים, בהם סידן מצטבר ושם רשתות התאים הפנימיים קרובים לקרום התא. באזורים אלה, מה שאנו מתייחסים אליהם כאל תעלות סידן או CRAC המופעלים על ידי שחרור סידן מווסתים את זרימת הסידן, הממלאת תפקיד מרכזי בהפעלת מסלולי אות תוך -תאיים – כולל אלה המשפיעים על מחזור התא. שיפור זה איפשר לנו לתאר את התהליכים החשמליים בתאי סרטן עם דיוק חסר תקדים, כולל אחסון סידן, מנגנוני הובלה, יכולות חיץ והשפעות התפשטות הסידן המקומית בתוך התא"

בבסיסה, התאום של התא הדיגיטלי מורכב ממאות משוואות מתמטיות המתמזגות ליצירת הדמיות מחשב. תא דיגיטלי מפורט זה מאפשר לחוקרים להפעיל בדיקות הנתמכות על ידי מחשב על ההשפעות של תרופות על התנהגות התא. לדוגמה, ניתן לחזות את השפעתם של חומרים המשפיעים על חלוקת הסידן או על פונקציית תעלות יונים באזורים מסוימים. בתורו, הדבר מאפשר בדיקת הנחות לגבי צמיחת תאים או מוות פוטנציאלי לתאים; אם התוצאות רלוונטיות, ניתן לבחון אותן במעבדה. התא הדיגיטלי מאפשר גם לבחון שילובים מורכבים של שינויים בתפקוד ערוץ היונים – לשכפל אותם בחיים האמיתיים במעבדה יהיה קשה וזמן רב מאוד. החוקרים כבר הוכיחו כי עיכוב תעלות CRAC מסוימות יכולות לשנות דינמיקת סידן מקומית ולהשפיע על פעילותם של מסלולי אות אחרים המווסתים סידן. זה יכול לגרום להפרעה של מחזור התא או מנגנוני מוות תאים.

השלב הבא: תקשורת בין כמה תאים

עד כה המודל כולל רק תא בודד, כלומר, עדיין לא ניתן לייצג כמה מנגנונים חשובים, כמו תקשורת בין תאים באשכולות, התפתחות של גידול, התפשטות תאי סרטן (גרורות) ויצירת כלי דם חדשים בגידול (כלי הדם). השלבים הבאים של פרויקט המחקר יעברו בכיוון זה. בטווח הארוך, הממצאים עשויים לתמוך בהתאמה לקווי תאים ספציפיים או לנתוני מטופלים לצורך מחקר וטיפול בהתאמה אישית של סרטן. לטענת החוקרים, ניתן ליישם את המתודולוגיה גם על צורות אחרות של סרטן, כולל סרטן השד וסרטן הערמונית.