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数学模型可以提高我们对癌症的认识

研究人员开发了一种新的数学工具,可以提高我们对细胞在癌症等疾病中失去极性(方向)时所发生情况的理解。结果是推进了我们对受精卵细胞如何发育成完整生物体的理解。生物形状,如个体器官或整个身体,可以非常准确地复制或维持,就像胚胎发育期间或成人阶段一样。

尚不清楚细胞如何“知道”为了修复组织损伤而形成哪种结构:

多细胞生物可以形成高度复杂的结构,构成其组织或器官,并且能够在受伤后再生这些结构的完美复制品。这涉及折叠片材,由分开的和相互作用的细胞组形成。然而,虽然对于在发育和组织修复过程中发生的一些中间步骤有很多了解,但确切地说,数千个细胞一起计算出它们需要形成的形状仍然是未知的。

建立数学模型:

“在这项研究中,我们希望看到细胞如何组织成折叠的片材和管,以及如何在开发过程中如此精确地再现这一过程,”主要作者,干细胞决策中心的博士生Silas Boye Nissen说。制作,StemPhys,丹麦哥本哈根大学。“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片和器官。”

研究人员发现,通过改变模型中的两个极性中的一个,他们能够模拟丰富多样的形状。形状的差异取决于两个因素:细胞的初始排列和外部边界 - 例如影响胚胎内部发育的卵子形状。

通过探索极性发生变化的众多理论场景,该模型能够将焦点缩小到几个理论,以便通过实验进行测试。在实验室中生长的器官的微型化版本(称为类器官)中,该模型预测细胞的快速,不平衡生长将导致生长的类器官形成大量浅褶皱,而由类固醇上的介质引起的外部压力将导致更少,更深,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形成的理解。

几乎没有简单的规则适用于生物形状的形成:

“我们的发现推动了我们对个体细胞特性如何导致数千个细胞形成的形状差异的理解,”资深作者,哥本哈根大学CMOL生命模型中心主任Kim Sneppen教授和高级合着者Ala Trusina得出结论:“我们的工作表明,身体部位可能不需要详细的指示形成,但可以出现,因为细胞遵循一些简单的规则。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极性会发生什么,经常发生在癌症中。“

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