نمذجة خلايا الرئة يمكن أن تساعد في تخصيص العلاج الإشعاعي – عالم الفيزياء

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/04/modelling-lung-cells-could-help-personalize-radiotherapy-physics-world-2.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/04/modelling-lung-cells-could-help-personalize-radiotherapy-physics-world-2.jpg" data-caption="محاكاة الجزء السنخي نموذج حسابي للأنسجة السنخية المكونة من 18 سنخًا، وهي الأكياس الهوائية الصغيرة الموجودة داخل الرئتين. (حقوق الصورة: © جامعة ساري/GSI). ">

يمكن لنوع جديد من نماذج الكمبيوتر التي يمكنها الكشف عن الضرر الإشعاعي على المستوى الخلوي أن يحسن نتائج العلاج الإشعاعي لمرضى سرطان الرئة.

رومان باور، عالم الأعصاب الحسابي في جامعة سري في المملكة المتحدة، بالتعاون مع وضع علامة أثناء و نيكولو كوجنو تبدأ من GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung في ألمانيا، ابتكروا النموذج الذي يحاكي كيفية تفاعل الإشعاع مع الرئتين على أساس كل خلية على حدة.

يتم علاج أكثر من نصف مرضى سرطان الرئة باستخدام العلاج الإشعاعي. وعلى الرغم من فعالية هذا النهج، إلا أنه يترك ما يصل إلى 30% من المتلقين لإصابات ناجمة عن الإشعاع. يمكن أن تؤدي هذه إلى حالات خطيرة تؤثر على التنفس، مثل التليف - حيث تصبح بطانة الحويصلات الهوائية (الأكياس الهوائية) في الرئتين سميكة ومتصلبة - والالتهاب الرئوي - عندما تلتهب جدران الحويصلات الهوائية.

من أجل الحد من الضرر الإشعاعي للأنسجة السليمة مع الاستمرار في قتل الخلايا السرطانية، يتم تقديم العلاج الإشعاعي على عدة "أجزاء" منفصلة. وهذا يسمح بإعطاء جرعة أعلى – وبالتالي أكثر فعالية – بشكل عام لأن بعض الخلايا السليمة المتضررة يمكنها إصلاح نفسها بين كل جزء.

في الوقت الحالي، يتم اختيار خطط تجزئة العلاج الإشعاعي بناءً على الخبرة السابقة والنماذج الإحصائية المعممة، لذلك لا يتم تحسينها للمرضى الأفراد. في المقابل، يمكن تحقيق الطب الشخصي بفضل هذا النموذج الجديد، والذي، كما يقول دورانتي، مدير قسم الفيزياء الحيوية في GSI يشرح، ينظر إلى "السمية في الأنسجة بدءًا من التفاعلات الخلوية الأساسية، وبالتالي فهو قادر على التنبؤ بما يحدث لأي مريض" عند اختيار مخططات تجزئة مختلفة.

قام الفريق بتطوير نموذج "قائم على العامل" (ABM) يتكون من وحدات أو عوامل متفاعلة منفصلة - والتي تحاكي في هذه الحالة خلايا الرئة - إلى جانب جهاز محاكاة مونت كارلو. ABM، الموصوفة في طب الاتصالات، يبني تمثيلاً لقطعة سنخية تتكون من 18 حويصلًا قطر كل منها 260 ميكرومتر. بعد ذلك، يتم إجراء عمليات محاكاة مونت كارلو لتشعيع هذه الحويصلات الهوائية على المستوى المجهري والنانوسكوبي، ويتم تغذية المعلومات حول جرعة الإشعاع التي يتم تسليمها إلى كل خلية وتوزيعها مرة أخرى إلى ABM.

يستخدم ABM هذه المعلومات لمعرفة ما إذا كانت كل خلية ستعيش أو تموت، ويخرج النتائج النهائية في شكل صورة ثلاثية الأبعاد. والأهم من ذلك، أن النموذج المزدوج يمكنه محاكاة مرور الوقت، وبالتالي إظهار شدة الضرر الإشعاعي - وتطور الحالات الطبية التي قد يسببها - ساعات أو أيام أو أشهر أو حتى سنوات بعد العلاج.

"ما وجدته مثيرًا للغاية هو أن عمليات المحاكاة الحسابية هذه قدمت بالفعل نتائج تتوافق مع الملاحظات التجريبية المختلفة من مجموعات ومختبرات ومستشفيات مختلفة. يقول باور، المتحدث الرسمي باسم المنظمة الدولية: "لذا يمكن من حيث المبدأ استخدام نهجنا الحسابي في بيئة سريرية". التعاون مع BioDynaMo، والذي يهدف إلى جلب أساليب حسابية جديدة إلى الرعاية الصحية عبر مجموعة البرامج المستخدمة لبناء هذا النموذج.

بدأ باور العمل على نماذج حسابية للسرطان بعد وفاة صديق مقرب له بسبب المرض وكان عمره 34 عامًا فقط. ويشرح قائلاً: "كل سرطان مختلف وكل شخص مختلف، وله أعضاء مختلفة الشكل، وميول وراثية، وأنماط حياة". ويأمل أن يتم إدخال المعلومات المستمدة من عمليات المسح والخزعات والاختبارات الأخرى في النموذج الجديد لتقديم صورة لكل فرد. ويمكن بعد ذلك إنشاء بروتوكول علاجي مدعوم بالذكاء الاصطناعي من شأنه أن ينتج خطة علاجية مصممة بشكل وثيق تعمل على تحسين فرص المريض في البقاء على قيد الحياة.

يبحث باور حاليًا عن متعاونين من تخصصات أخرى، بما في ذلك الفيزياء، للمساعدة في التحرك نحو تجربة سريرية تتبع مرضى سرطان الرئة على مدار عدة سنوات. وفي الوقت نفسه، يعتزم الفريق توسيع استخدام النموذج في مجالات أخرى من الطب.

ويأمل دورانتي، على سبيل المثال، في دراسة العدوى الفيروسية باستخدام نموذج الرئة هذا لأنه "قد يتنبأ بالالتهاب الرئوي الناجم عن عدوى كوفيد-19". وفي الوقت نفسه، بدأ باور في محاكاة تطور الدوائر في أدمغة الأطفال المبتسرين، بهدف الوصول إلى فهم أفضل "في أي وقت يجب التدخل وكيف".

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/modelling-lung-cells-could-help-personalize-radiotherapy/