Il Conferenza SC23, tenutosi all'inizio di questo mese, ha battuto i precedenti record di pubblico con oltre 14,000 partecipanti diretti a Denver, CO, per scoprire gli ultimi risultati nel campo del calcolo ad alte prestazioni (HPC). Come ogni anno, la conferenza ha ospitato una serie di conferenze che hanno permesso agli scienziati di discutere in che modo il supercalcolo ha avuto un impatto positivo sui loro campi.
Poiché l'HPC ha un valore inestimabile per quasi tutti i settori scientifici, gli studi biologici erano ben rappresentati all'SC23. Uno studio di particolare interesse è stata la conferenza presentata da Sayan Roychowdhury sulla base del documento di ricerca “Miglioramento delle simulazioni di perfezionamento della fisica adattiva attraverso l'aggiunta di conteggi realistici dei globuli rossi. "
L’articolo, scritto principalmente da scienziati della Duke University insieme a ricercatori dell’Oak Ridge National Laboratory e del Lawrence Livermore National Laboratory, si concentra sulle simulazioni del trasporto delle cellule tumorali attraverso il sistema circolatorio superiore. Il problema principale, ha spiegato Roychowdhury, sembra essere la distanza percorsa dalle cellule tumorali rispetto a quanto sono piccole.
"[Il cancro] prende il controllo del sistema che collega l'intero corpo: il sistema circolatorio", ha detto Roychowdhury ai delegati nel suo Presentazione SC23. “Queste cellule tumorali sono dell’ordine dei micron, forse decine di micron. Tuttavia, la distanza che devono percorrere è misurata in metri. Stiamo esaminando il trasporto delle cellule tumorali su lunghe distanze”.
Basandosi su un'architettura ibrida CPU-GPU (unità di elaborazione centrale-unità di elaborazione grafica) su Supercomputer Summit – incluse 1500 GPU e 10,800 CPU – il team è riuscito ad estendere la propria perfezionamento della fisica adattiva (APR) per tracciare una singola cellula tumorale mentre si muove attraverso il flusso sanguigno.
Risoluzioni diverse per risultati diversi
Tra le molte preoccupazioni quando si parla di cancro, una questione importante è il modo in cui le cellule tumorali possono metastatizzare e diffondersi in tutto il corpo. Come sottolineano i ricercatori nel loro articolo, le metastasi sono la causa di oltre il 90% delle morti legate al cancro.
Per comprendere ulteriormente questo processo, i ricercatori hanno applicato il metodo APR per combinare una regione di globuli rossi finemente risolta con un dominio fluido sfuso grossolanamente risolto. In sostanza, hanno preso una griglia che rappresentava un modello ad alta risoluzione di globuli rossi e l’hanno spostata attraverso una versione simulata a bassa risoluzione del sistema vascolare della parte superiore del corpo. In questo caso è stata importante la natura ibrida dell'architettura di calcolo, poiché le CPU sono state utilizzate per l'area circostante a risoluzione grossolana mentre le GPU si sono concentrate sulla griglia a risoluzione fine.
Questa griglia conteneva la cellula tumorale, insieme a un modello ad alta risoluzione dei globuli rossi che la circondano mentre si muove attraverso il sistema circolatorio. Mentre la cellula tumorale si muoveva, la griglia si muoveva insieme ad essa. Questo approccio ha garantito che l’area circostante la minuscola cellula tumorale fosse modellata nel modo più preciso possibile senza sprecare risorse di calcolo su aree del sistema circolatorio che non circondano immediatamente la cellula tumorale.
C'erano molti altri aspetti importanti di questo lavoro, inclusa l'accurata deformazione dei globuli rossi mentre fluiscono attraverso il sistema circolatorio, così come il confine tra la griglia finemente risolta e l'area grossolanamente risolta all'esterno della griglia.
La fisica della materia soffice aiuta a rivelare se è probabile che i tumori si diffondano
Uno dei punti più significativi di questa ricerca, ha osservato Roychowdhury, è che il metodo APR avanzato può simulare il trasporto delle cellule tumorali utilizzando una frazione della potenza computazionale richiesta per eseguire un modello completamente risolto. "Una simulazione come questa, che dovrebbe richiedere migliaia di nodi, può essere ridotta per usarne solo uno", ha detto. “Il nostro obiettivo è rendere queste simulazioni HPC accessibili agli scienziati”.
C’è del lavoro futuro da fare. L’attuale ricerca del team si concentra solo su una singola cellula tumorale, mentre queste cellule generalmente si dividono in gruppi piuttosto che singolarmente. Rispondendo a una domanda del pubblico, Roychowdhury ha dichiarato che il team è interessato anche a ulteriori ricerche in questo settore riguardanti le cellule falciformi.
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- Fonte: https://physicsworld.com/a/modelling-a-single-cancer-cell-in-a-sea-of-blood/
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