بررسی سیستماتیک نحوه تأثیر ساختار فضایی بر تکامل سرطان —

دکتر نوبل و همکارانش در گروه تحقیقاتی پروفسور نیکو بیرنوینکل در ETH زوریخ، مطالعه جدیدی را در اکولوژی و تکامل طبیعت، که اولین موردی است که به طور سیستماتیک چگونگی تأثیر ساختار فضایی بر تکامل تومور را بررسی می کند.

برای انجام این کار، گروه یک مدل محاسباتی با انعطاف‌پذیری برای شبیه‌سازی ساختارهای فضایی جایگزین و انواع پراکندگی سلولی ایجاد کرد. سپس هزاران شبیه‌سازی با ساختارها و مقادیر پارامترهای مختلف انجام دادند و نتایج را با داده‌های جدید و پیشرفته توالی‌یابی DNA از تومورهای واقعی انسانی مقایسه کردند.

این تیم دریافتند که ساختارهای فضایی متنوع تومورهای انسانی می تواند باعث تکامل آنها به روش های بسیار متفاوت شود. پیش‌بینی‌های مدل کامپیوتری با داده‌های بالینی برای انواع سرطان با ساختارهای منطبق سازگار است.

دکتر نوبل می‌گوید که یکی از چالش‌های اصلی در تحقیقات سرطان “استنباط خواص تومور بر اساس اطلاعات ژنتیکی محدود است. برای درک این مشکل، یک قیاس ورزشی را در نظر بگیرید. فرض کنید فقط به شما گفته شده است که در بازی سر، تیم A دو بار بیشتر از تیم B گل زد. آیا می توانید بفهمید که تیم A چقدر بهتر از تیم B است، بنابراین می توانید نتایج مسابقات آینده را پیش بینی کنید؟

یکی از راه‌های پاسخ به این سوال استفاده از یک مدل کامپیوتری است که در آن به هر تیم احتمال امتیاز در هر تلاش اختصاص داده می‌شود. پس از انجام تنظیمات مختلف، می‌توانید نتیجه بگیرید که محتمل‌ترین احتمالات امتیازی آن‌هایی هستند که نتایج شبیه‌سازی برای آنها به دست می‌آید. شبیه نتیجه واقعی بازی است. اگرچه هرگز نمی توانید مطمئن باشید که احتمالات واقعی چقدر هستند، حداقل می توانید محتمل ترین محدوده آنها را پیدا کنید.”

اما دانستن نسبت نمرات نهایی کافی نیست. به عنوان مثال، در بسکتبال با امتیاز بالا، بعید است که یک تیم دو برابر حریف خود امتیاز کسب کند، مگر اینکه آنها بسیار برتر باشند. در مقابل، در فوتبال، غیرعادی نیست که تیم بهتر با یک بدشانسی 2-1 شکست بخورد. برای استنباط دقیق، باید قوانین بازی را بدانید.

همان‌طور که تیم‌های ورزشی برای کسب امتیاز با هم رقابت می‌کنند، گروه‌هایی از سلول‌های نزدیک به هم – معروف به کلون – در درون تومورها برای فضا و منابعی که برای زنده ماندن و تکثیر نیاز دارند، رقابت می‌کنند. انکولوژیست ها از توالی ژنتیکی برای تعیین اندازه نسبی این کلون ها هنگام مراجعه بیمار به کلینیک استفاده می کنند. اگر یک کلون بزرگتر از دیگری باشد، ممکن است به این دلیل باشد که سلول های آن دارای جهش های به اصطلاح “محرک” هستند که باعث تکثیر سریعتر آنها می شود.

اما تأثیر جهش ها بر رشد تومور به نحوه تعامل سلول ها با یکدیگر بستگی دارد که توسط ساختار فضایی تومور کنترل می شود. همانطور که وقتی افراد در خانه می‌مانند و از اختلاط اجتناب می‌کنند، ویروس کرونا آهسته‌تر پخش می‌شود، بنابراین اگر سلول‌ها به تکه‌های کوچک محدود شوند، جهش‌های راننده کندتر گسترش می‌یابند. قوانین در این بازی نیز مهم است.

دکتر نوبل می گوید که اکتشافات فاش شده در مقاله تحقیقاتی اخیر “پیامدهای مهمی برای تفسیر داده های ژنتیکی سرطان دارد.”

هدف اصلی تحقیقات سرطان مدرن، توصیف فرآیند تکاملی در تومورها است. ما نشان داده‌ایم که برای دریافت تصویری دقیق از آنچه در حال وقوع است، باید ساختار فضایی خاص هر تومور را در نظر بگیرید. با اتصال مکانیکی معماری تومور به حالت تکامل تومور، کار ما طرح اولیه نسل جدیدی از مدل‌های خاص بیمار را برای پیش‌بینی پیشرفت تومور و بهینه‌سازی درمان فراهم می‌کند.

منبع داستان:

مواد ارائه شده توسط دانشگاه سیتی لندن. توجه: محتوا ممکن است برای سبک و طول ویرایش شود.