肺细胞建模有助于个性化放射治疗 – 物理世界

<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="模拟牙槽段 肺泡组织的计算模型由 18 个肺泡（肺内的微小气囊）组成。 （由©萨里大学/GSI 提供）。 >>

一种新型计算机模型可以揭示细胞水平的辐射损伤，可以改善肺癌患者的放射治疗结果。

罗曼·鲍尔，一位计算神经科学家 萨里大学 在英国，与合作 标记期间 和 尼科洛·科尼奥 止 GSI 亥姆霍兹研究中心 在德国，创建了一个模型，该模型模拟辐射如何在逐个细胞的基础上与肺部相互作用。

超过一半的肺癌患者接受放射治疗。尽管这种方法很有效，但仍有高达 30% 的接受者遭受辐射损伤。这些可能会引发影响呼吸的严重疾病，例如纤维化（肺泡内壁增厚和僵硬）和肺炎（当肺泡壁发炎时）。

为了限制辐射对健康组织的损害，同时仍然杀死癌细胞，放射治疗分为几个单独的“部分”进行。这使得整体给药剂量更高（因此更有效），因为一些受损的健康细胞可以在每个部分之间进行自我修复。

目前，放疗分割方案是根据过去的经验和广义统计模型来选择的，因此并未针对个体患者进行优化。相比之下，个性化医疗可以通过这种新模式来实现，正如该中心主任杜兰特所言 GSI 生物物理系 解释说，研究“从基本细胞反应开始的组织毒性，因此能够预测当选择不同的分级方案时任何患者会发生什么”。

该团队开发了一种“基于代理”的模型（ABM），由独立的相互作用单元或代理组成（在本例中模拟肺细胞），并配有蒙特卡罗模拟器。 ABM，描述于 通讯医学，构建由 18 个肺泡组成的肺泡段的表示，每个肺泡直径为 260 µm。接下来，在微观和纳米尺度上对这些肺泡的照射进行蒙特卡罗模拟，并将有关传递到每个细胞的辐射剂量及其分布的信息反馈到 ABM。

ABM 利用这些信息计算出每个细胞的生存或死亡，并以 3D 图像的形式输出最终结果。至关重要的是，耦合模型可以模拟时间的推移，从而显示辐射损伤的严重程度，以及治疗后数小时、数天、数月甚至数年可能导致的医疗状况的进展。

“我发现非常令人兴奋的是，这些计算模拟实际上提供了与不同团体、实验室和医院的各种实验观察相匹配的结果。因此，我们的计算方法原则上可以在临床环境中使用，”国际组织发言人 Bauer 说。 BioDynaMo 合作，旨在通过用于构建该模型的软件套件将新的计算方法引入医疗保健领域。

在一位年仅 34 岁的好友因癌症去世后，鲍尔开始研究计算癌症模型。“每种癌症都是不同的，每个人都是不同的，具有不同的形状器官、遗传倾向和生活方式，”他解释道。他希望来自扫描、活组织检查和其他测试的信息可以被输入到新模型中，以提供每个人的图片。然后可以创建人工智能辅助治疗方案，输出量身定制的治疗计划，提高患者的生存机会。

鲍尔目前正在寻找来自其他学科（包括物理学）的合作者，以帮助推进对肺癌患者进行数年的临床试验。与此同时，该团队打算将该模型的用途扩展到其他医学领域。

例如，杜兰特希望用这种肺部模型研究病毒感染，因为它“可以预测由 COVID-19 感染引起的肺炎”。与此同时，鲍尔已经开始模拟早产儿大脑回路的发育，目的是更好地了解“在什么时间点进行干预以及如何干预”。

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• Sumber: https://physicsworld.com/a/modelling-lung-cells-could-help-personalize-radiotherapy/