การสร้างแบบจำลองเซลล์ปอดสามารถช่วยปรับการรักษาด้วยรังสีให้เหมาะกับแต่ละบุคคลได้ - Physics World

การสร้างแบบจำลองเซลล์ปอดสามารถช่วยปรับการรักษาด้วยรังสีให้เหมาะกับแต่ละบุคคลได้ - Physics World

ประทับเวลา: 12 มีนาคม 2024 5:30 น

<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="การจำลองส่วนของถุงลม แบบจำลองการคำนวณของเนื้อเยื่อถุงลมประกอบด้วยถุงลม 18 ถุง ซึ่งเป็นถุงลมเล็กๆ ภายในปอด (เอื้อเฟื้อโดย: ©มหาวิทยาลัยเซอร์เรย์/GSI) -
แบบจำลองการคำนวณของเนื้อเยื่อถุงลม
การจำลองส่วนของถุงลม แบบจำลองการคำนวณของเนื้อเยื่อถุงลมประกอบด้วยถุงลม 18 ถุง ซึ่งเป็นถุงลมเล็กๆ ภายในปอด (เอื้อเฟื้อโดย: ©มหาวิทยาลัยเซอร์เรย์/GSI)

แบบจำลองคอมพิวเตอร์รูปแบบใหม่ที่สามารถเปิดเผยความเสียหายจากรังสีในระดับเซลล์สามารถปรับปรุงผลลัพธ์การรักษาด้วยรังสีสำหรับผู้ป่วยมะเร็งปอดได้

โรมัน บาวเออร์, นักประสาทวิทยาด้านคอมพิวเตอร์ที่ มหาวิทยาลัย Surrey ในสหราชอาณาจักร ร่วมกับ ทำเครื่องหมายระหว่าง และ นิโคโล โคโญ่ ราคาเริ่มต้นที่ GSI Helmholtzzentrum สำหรับ Schwerionenforschung ในประเทศเยอรมนี ได้สร้างแบบจำลองขึ้นมา ซึ่งจำลองว่ารังสีมีปฏิกิริยาอย่างไรกับปอดแบบเซลล์ต่อเซลล์

ผู้ป่วยมะเร็งปอดมากกว่าครึ่งหนึ่งได้รับการรักษาโดยใช้รังสีรักษา แม้ว่าวิธีการนี้จะได้ผล แต่ก็ทำให้ผู้รับมากถึง 30% ได้รับบาดเจ็บจากรังสี สิ่งเหล่านี้สามารถกระตุ้นให้เกิดสภาวะร้ายแรงที่ส่งผลต่อการหายใจ เช่น พังผืด ซึ่งเยื่อบุของถุงลมในปอดหนาและแข็งขึ้น และปอดอักเสบ เมื่อผนังถุงลมอักเสบ

เพื่อจำกัดความเสียหายของรังสีต่อเนื้อเยื่อที่มีสุขภาพดีในขณะที่ยังคงฆ่าเซลล์มะเร็ง การบำบัดด้วยรังสีจึงแบ่งออกเป็น "เศษส่วน" หลายส่วน ซึ่งช่วยให้สามารถให้ยาในปริมาณที่สูงกว่าและมีประสิทธิภาพมากขึ้น เนื่องจากเซลล์ที่มีสุขภาพดีบางส่วนที่เสียหายสามารถซ่อมแซมตัวเองได้ในระหว่างแต่ละส่วน

ปัจจุบัน แผนการแยกส่วนการรักษาด้วยรังสีรักษาได้รับการคัดเลือกตามประสบการณ์ในอดีตและแบบจำลองทางสถิติทั่วไป ดังนั้นจึงไม่ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับผู้ป่วยแต่ละราย ในทางตรงกันข้าม การรักษาด้วยยาเฉพาะบุคคลสามารถทำได้ด้วยรูปแบบใหม่นี้ ซึ่งในฐานะ Durante ผู้อำนวยการของ ภาควิชาชีวฟิสิกส์ GSI อธิบาย โดยดูที่ “ความเป็นพิษในเนื้อเยื่อที่เริ่มต้นจากปฏิกิริยาของเซลล์ขั้นพื้นฐาน และ [คือ] จึงสามารถทำนายสิ่งที่เกิดขึ้นกับผู้ป่วยคนใดก็ได้” เมื่อเลือกแผนการแยกส่วนที่แตกต่างกัน

ทีมงานได้พัฒนาแบบจำลอง "ตามตัวแทน" (ABM) ซึ่งประกอบด้วยหน่วยหรือตัวแทนที่มีปฏิสัมพันธ์แยกกัน ซึ่งในกรณีนี้จะเลียนแบบเซลล์ปอด ควบคู่ไปกับเครื่องจำลองมอนติคาร์โล ABM อธิบายไว้ใน เวชศาสตร์การสื่อสารสร้างภาพแทนส่วนของถุงลมที่ประกอบด้วยถุงลม 18 ถุงแต่ละถุง มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 260 µm ต่อไป การจำลองการฉายรังสีของถุงลมเหล่านี้แบบมอนติคาร์โลจะดำเนินการในระดับจุลทรรศน์และขนาดนาโนสโคปิก และข้อมูลเกี่ยวกับปริมาณรังสีที่ส่งไปยังแต่ละเซลล์และการกระจายตัวของมันจะถูกป้อนกลับเข้าไปใน ABM

ABM ใช้ข้อมูลนี้เพื่อพิจารณาว่าแต่ละเซลล์จะมีชีวิตหรือตาย และแสดงผลผลลัพธ์สุดท้ายในรูปแบบภาพ 3 มิติ สิ่งสำคัญที่สุดคือ โมเดลคู่สามารถจำลองการผ่านของเวลาและแสดงความรุนแรงของความเสียหายจากรังสี และการลุกลามของอาการทางการแพทย์ที่อาจเกิดขึ้น ชั่วโมง วัน เดือน หรือแม้แต่ปีหลังการรักษา

“สิ่งที่ฉันพบว่าน่าตื่นเต้นมากคือการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์เหล่านี้ให้ผลลัพธ์ที่ตรงกับการสังเกตการทดลองต่างๆ จากกลุ่ม ห้องทดลอง และโรงพยาบาลต่างๆ ดังนั้นโดยหลักการแล้ววิธีการคำนวณของเราจึงสามารถนำไปใช้ภายในสถานพยาบาลได้” Bauer โฆษกของ International กล่าว การทำงานร่วมกันของไบโอไดนาโมซึ่งมีจุดมุ่งหมายเพื่อนำวิธีการคำนวณใหม่ๆ มาสู่การดูแลสุขภาพผ่านชุดซอฟต์แวร์ที่ใช้ในการสร้างแบบจำลองนี้

Bauer เริ่มทำงานเกี่ยวกับแบบจำลองมะเร็งด้วยคอมพิวเตอร์หลังจากเพื่อนสนิทคนหนึ่งเสียชีวิตจากโรคนี้ในวัยเพียง 34 ปี “มะเร็งทุกชนิดมีความแตกต่างกัน และทุกคนก็แตกต่างกัน โดยมีอวัยวะที่มีรูปร่างแตกต่างกัน ความบกพร่องทางพันธุกรรม และวิถีชีวิตที่แตกต่างกัน” เขาอธิบาย ความหวังของเขาคือข้อมูลจากการสแกน การตัดชิ้นเนื้อ และการทดสอบอื่นๆ จะถูกป้อนเข้าสู่แบบจำลองใหม่เพื่อให้เห็นภาพของแต่ละคน จากนั้นจึงสามารถสร้างโปรโตคอลการบำบัดด้วยความช่วยเหลือจาก AI ซึ่งจะส่งผลให้แผนการรักษาที่ได้รับการปรับแต่งมาอย่างใกล้ชิด ซึ่งช่วยเพิ่มโอกาสรอดชีวิตของผู้ป่วยได้

ปัจจุบัน Bauer กำลังมองหาผู้ทำงานร่วมกันจากสาขาวิชาอื่นๆ รวมถึงฟิสิกส์ เพื่อช่วยดำเนินการทดลองทางคลินิกตามผู้ป่วยโรคมะเร็งปอดในช่วงหลายปีที่ผ่านมา ในขณะเดียวกัน ทีมงานตั้งใจที่จะขยายการใช้แบบจำลองนี้ไปสู่การแพทย์ด้านอื่นๆ

ตัวอย่างเช่น Durante หวังที่จะศึกษาการติดเชื้อไวรัสด้วยแบบจำลองปอดนี้ เนื่องจาก "อาจทำนายโรคปอดอักเสบที่เกิดจากการติดเชื้อ COVID-19" ในขณะเดียวกัน Bauer ได้เริ่มจำลองการพัฒนาวงจรในสมองของทารกที่คลอดก่อนกำหนด โดยมีเป้าหมายเพื่อทำความเข้าใจให้ดีขึ้นว่า “จะเข้าไปแทรกแซงในเวลาใดและอย่างไร”

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์