Cercetătorii au găsit o nouă modalitate de a anticipa evoluţia cancerului prin folosirea unor simulări pe calculator care imită comportamentul celulelor. Ei au dezvoltat un software inovator care analizează informaţiile genetice ale pacienţilor şi le transformă în modele matematice capabile să prezică modul în care celulele canceroase se dezvoltă şi reacţionează în organism.
O echipă de cercetători de la Facultatea de Medicină a Universităţii din Maryland, din Statele Unite, a elaborat o metodă inovatoare pentru a urmări şi prezice în timp comportamentul celulelor, printr-un sistem de simulare pe calculator comparabil cu modul în care se realizează prognozele meteo.
Prin combinarea datelor genomice ale pacienţilor cu o inovaţie numită „gramatică de ipoteze” în limbaj obişnuit, cercetătorii pot simula modul în care celulele comunică şi evoluează în cadrul ţesuturilor.
Aceste simulări permit oamenilor de ştiinţă să testeze pe calculator modul în care cresc cancerele, cum reacţionează sistemul imunitar şi chiar cum ar putea funcţiona tratamentele pentru fiecare pacient.
În acelaşi mod în care sistemele de prognoză meteo estimează apariţia furtunilor, cercetătorii au creat un software care combină tehnologii genomice cu ajutorul simulărilor pe calculator pentru a anticipa modificări în comunicarea celulară ce poate favoriza dezvoltarea cancerului.
Studiul, publicat online pe 25 iulie în revista Cell, a fost coordonat de o echipă de la Institutul pentru Ştiinţe Genomice (Institute for Genome Sciences-IGS) din cadrul Facultăţii de Medicină a Universităţii din Maryland (UMSOM) şi reprezintă rezultatul unui proiect desfăşurat pe parcursul mai multor ani, implicând colaborări extinse între specialişti de dezvoltare software, echipe de cercetare şi medici.
În viitor, această cercetare ar putea duce la dezvoltarea unor soluţii capabile să identifice cel mai potrivit tratament pentru fiecare pacient cu cancer, prin crearea unui „geamăn digital” al acestuia, generat prin simulare pe calculator.
„Deşi medicina a evoluat mult şi ne ajută să înţelegem mai bine celulele cu ajutorul datelor genetice, aceste informaţii arată doar cum sunt celulele într-un anumit moment, nu şi cum interacţionează între ele sau cum apare cancerul. Cancerul este strâns legat de modul în care funcţionează sistemul imunitar. În unele cazuri, sistemul imunitar reuşeşte să recunoască şi să distrugă celulele canceroase; în alte situaţii, nu le observă sau, din contră, ajunge chiar să le susţină fără să-şi dea seama. Cum sistemul imunitar funcţionează diferit la fiecare persoană, reacţia organismului la cancer şi la tratament poate fi foarte diferită de la un pacient la altul. Din cauza acestei complexităţi, este greu de prezis cum va evolua boala la fiecare pacient în parte", a declarat dr. Jeanette Johnson, cercetător postdoctoral la IGS şi coautoare a studiului, citată într-un comunicat.
Această cercetare se remarcă prin faptul că foloseşte un tip special de limbaj simplu, numit „gramatică de ipoteze”, care le permite cercetătorilor să descrie, în termeni uşor de înţeles, cum funcţionează celulele în corp.
Acest limbaj face legătura între biologie şi programele de simulare pe calculator, astfel încât comportamentul celulelor în diferite situaţii să poată fi recreat şi studiat, pas cu pas.
Această „gramatică” este un tip de limbaj simplificat care le permite cercetătorilor să scrie, în propoziţii obişnuite în limba engleză, cum funcţionează celulele şi cum interacţionează între ele.
Pe baza acestor descrieri, calculatorul poate construi modele digitale care imită comportamentul celulelor din corp. Astfel, cercetătorii pot crea simulări pe calculator pentru a înţelege mai bine cum apar şi evoluează boli complicate, cum este cancerul.
Echipa de cercetători a folosit acest limbaj simplificat împreună cu date reale obţinute din probe prelevate de la pacienţi cu cancer de sân şi pancreatic. Cu ajutorul unor tehnologii moderne, au analizat modul în care celulele se comportă în ţesuturi.
În cazul cancerului de sân, cercetătorii au observat că sistemul imunitar nu doar că nu reuşeşte să combată dezvoltarea tumorii, dar, într-un mod paradoxal, ajunge să contribuie la progresia şi extinderea bolii în organism.
Pentru cancerul pancreatic, au refăcut pe calculator un studiu clinic cu un tratament de imunoterapie şi au folosit probe reale de ţesut pentru a testa reacţiile posibile.
Rezultatele au arătat că fiecare pacient virtual reacţionează diferit la tratament, ceea ce demonstrează cât de mult contează diferenţele dintre celulele fiecărui individ atunci când se caută tratamente personalizate.
Cancerul pancreatic este dificil de tratat şi unul dintre motive este că, de multe ori, tumora este înconjurată de celule normale numite fibroblaste, care formează un strat protector în jurul cancerului. Cercetătorii au folosit o tehnologie nouă, care le arată unde se află şi cum acţionează genele în interiorul ţesutului, pentru a înţelege cum aceste fibroblaste „vorbesc” cu celulele canceroase. Cu ajutorul unui program special, au putut urmări, pe baza unor probe reale de la pacienţi, cum se dezvoltă tumorile pancreatice şi cum încep să se răspândească în corp.
Prin aplicarea acestei metode la noile tehnologii genetice, cercetătorii au acum la dispoziţie un fel de „laborator virtual”, unde pot face experimente pe calculator la nivel celular. Astfel pot testa, pe calculator, ce se întâmplă dacă celulele urmează anumite tipare sau reacţionează într-un anumit fel, fără a fi nevoie să facă teste reale pe oameni sau în laborator.
Noul program, care le permite cercetătorilor să anticipeze comportamentul celulelor este open-source şi a fost pus gratuit la dispoziţia comunităţii ştiinţifice. Scopul este ca mai mulţi specialişti să-l poată folosi în cercetările lor, pentru a crea simulări şi a înţelege mai bine cum apar, evoluează şi se manifestă bolile.
Proiectul a fost finanţat de Fundaţia Naţională pentru Cercetare în Cancer din Statele Unite.
