מודלים של תאי ריאה יכולים לעזור להתאים אישית את הקרנות - עולם הפיזיקה

<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="הדמיית קטע מכתשית מודל חישובי של רקמת מכתשית המורכבת מ-18 אלוואולי, שקי האוויר הזעירים בתוך הריאות. (באדיבות: ©University of Surrey/GSI). ">

סוג חדש של מודל ממוחשב שיכול לחשוף נזקי קרינה ברמה התאית יכול לשפר את תוצאות הקרנות לחולי סרטן ריאות.

רומן באואר, מדען מוח חישובי ב- אוניברסיטת סורי בבריטניה, בשיתוף עם מרקו דוראנטה ו ניקולו קוניו החל מ- GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung בגרמניה, יצרו את המודל, המדמה כיצד קרינה מקיימת אינטראקציה עם הריאות על בסיס תא לתא.

למעלה ממחצית מכלל החולים בסרטן הריאות מטופלים באמצעות הקרנות. למרות שגישה זו יעילה, היא מותירה עד 30% מהנמענים עם פציעות הנגרמות מקרינה. אלה עלולים לעורר מצבים חמורים המשפיעים על הנשימה, כגון פיברוזיס - שבו רירית המכתשות (שקיות האוויר) בריאות מתעבה ומתקשה - ודלקת ריאות - כאשר דפנות המכתשות מתדלקות.

על מנת להגביל את נזקי הקרינה לרקמה בריאה תוך הרג תאים סרטניים, טיפול בקרינה מועבר במספר "שברים" נפרדים. זה מאפשר מתן מנה גבוהה יותר - ולכן יעילה יותר - בסך הכל מכיוון שחלק מהתאים הבריאים הפגועים יכולים לתקן את עצמם בין כל חלק.

נכון לעכשיו, סכימות חלוקת הקרנות נבחרות על סמך ניסיון העבר ומודלים סטטיסטיים כלליים, ולכן אינן מותאמות למטופלים בודדים. לעומת זאת, ניתן להשיג רפואה מותאמת אישית הודות למודל החדש הזה, שכדוראנטה, מנהל ה- המחלקה לביופיזיקה ב-GSI מסביר, בוחן "רעילות ברקמות החל מהתגובות התאיות הבסיסיות ולכן [מסוגל] לחזות מה קורה לכל חולה" כאשר נבחרות סכימות חלוקה שונות.

הצוות פיתח מודל "מבוסס סוכן" (ABM) המורכב מיחידות או סוכנים נפרדים באינטראקציה - שבמקרה זה מחקים תאי ריאה - יחד עם סימולטור מונטה קרלו. ה-ABM, המתואר ב רפואת תקשורת, בונה ייצוג של מקטע מכתשית המורכב מ-18 אלווולי כל אחד בקוטר של 260 מיקרומטר. לאחר מכן, סימולציות של מונטה קרלו של הקרנה של alveoli אלו מתבצעות בקנה מידה מיקרוסקופי וננוסקופי, ומידע על מנת הקרינה המועברת לכל תא והתפלגותו מוזנת חזרה ל-ABM.

ה-ABM משתמש במידע זה כדי להבין אם כל תא יחיה או ימות, ומוציא את התוצאות הסופיות בצורה של תמונה תלת מימדית. באופן מכריע, המודל המצמד יכול לדמות את חלוף הזמן ובכך להראות את חומרת נזקי הקרינה - ואת התקדמות המצבים הרפואיים שהוא עלול לגרום - שעות, ימים, חודשים ואפילו שנים לאחר הטיפול.

"מה שמצאתי מרגש מאוד הוא שהסימולציות החישוביות הללו הניבו למעשה תוצאות שהתואמו עם תצפיות ניסוי שונות מקבוצות שונות, מעבדות ובתי חולים. כך שבאופן עקרוני ניתן להשתמש בגישה החישובית שלנו בתוך סביבה קלינית", אומר באואר, דובר הארגון הבינלאומי שיתוף פעולה של BioDynaMo, שמטרתה להכניס שיטות חישוביות חדשות לבריאות באמצעות חבילת התוכנה המשמשת לבניית מודל זה.

באואר החל לעבוד על מודלים של סרטן חישובי לאחר שחבר קרוב מת מהמחלה בגיל 34 בלבד. "כל סרטן הוא שונה וכל אדם הוא שונה, עם איברים בצורת שונה, נטיות גנטיות ואורח חיים שונה", הוא מסביר. תקוותו היא שניתן יהיה להזין מידע מסריקות, ביופסיות ובדיקות אחרות לתוך הדגם החדש כדי לספק תמונה של כל אדם. לאחר מכן ניתן ליצור פרוטוקול טיפול בעזרת בינה מלאכותית, שיוציא תוכנית טיפול מותאמת באופן הדוק, המשפרת את סיכויי ההישרדות של המטופל.

באואר מחפש כעת משתפי פעולה מדיסציפלינות אחרות, כולל פיזיקה, כדי לעזור להתקדם לקראת ניסוי קליני בעקבות חולי סרטן ריאות במשך מספר שנים. בינתיים, הצוות מתכוון להרחיב את השימוש במודל לתחומי רפואה נוספים.

דוראנט, למשל, מקווה לחקור זיהום ויראלי עם מודל ריאות זה מכיוון שהוא "עשוי לחזות את דלקת הריאות שנגרמה על ידי זיהום COVID-19". בינתיים, באואר החלה לדמות התפתחות של מעגלים במוחם של פגים, במטרה להבין טוב יותר "באיזו נקודת זמן להתערב וכיצד".

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/modelling-lung-cells-could-help-personalize-radiotherapy/