Was kann eine Schneeflocke lehren uns, wie Krebs breitet sich im Körper? Befunde legen nahe, neuartige Ansätze in der medikamentösen Therapie zur Behandlung von Krebs und anderen Krankheiten

Was kann eine Schneeflocke lehren uns, wie Krebs breitet sich im Körper? Befunde legen nahe, neuartige Ansätze in der medikamentösen Therapie zur Behandlung von Krebs und anderen Krankheiten

Was können Muscheln, Blitz und die Küste von Großbritannien lehren uns über neue Medikamente gegen Krebs?

Die Antwort, nach einem team von Forschern an der USC Viterbi School of Engineering, Mai drehen sich um Fraktale, die unendlich komplexe Muster in der Natur gefunden.

Bäume, Flüsse, Küsten, Berge, Wolken, Schneeflocken und Hurrikane sind alle anzeigen, oder gehorchen Fraktale Regeln. Eine Fraktale Beschreibung von vielen Dingen ist die Geschichte, wie Sie wachsen.

In diesem Fall, Fraktale können auch helfen zu beschreiben, wie die Kontrolle der insulin-expression Signale Blut-Glukose-Verordnung oder wie etwas so doppelzüngig wie der Krebs breitet sich im Körper und die richtigen Werkzeuge, um es zu stoppen.

Konventionelle Mathematik kein angemessenes Modell der Interaktion von mehreren Genen, die über mehrere Zeiträume — eine notwendige Grundlage für die Krebs-Bekämpfung von Drogen. Die Studie, veröffentlicht in „Frontiers in Physiology von Mahboobeh Ghorbani, Edmond Jonckheere-und-Paul-Bogdan von der Ming Hsieh Department of Electrical Engineering, ist die erste Studie, die Konten für die Speicher -, Kreuz-Abhängigkeit und fractality der gen-expression.

Die Genexpression ist ein streng regulierter Prozess, ermöglicht eine Zelle zu reagieren, um seine sich verändernde Umwelt. Sie ermöglicht es, gespeicherte information in unserer DNA zu fließen, in einem komplexen biologischen system. Ohne die expression der gene, die eine Zelle nicht existieren würde.

Leider, so Ghorbani, ein Ph. D.-Kandidat in Bogdan ist Cyber-Physical Systems Group: „die Bestehenden Modelle basieren auf nichtlinearen Gleichungen, können, sagt uns welches gen ist verantwortlich für eine bestimmte Krankheit, aber nicht, wie diese Gene miteinander interagieren.“

„Das problem mit bereits vorhandenen Modellen ist, dass Sie nur einen kleinen Teil des Netzwerks.“

Die Forscher legten den ersten Grundstein durch Eingabe der grundlegenden Eigenschaften für diesen noch-zu-sein-entwickelten mathematischen Werkzeuge. Ghorbani entwickelt, die software zu untersuchen und vorherzusagen, gen-zu-gen-Interaktionen in zwei lebenden Bakterien: E. coli und Saccharomyces cerevisiae, allgemein bekannt als Bäckerhefe.

Ihre Ergebnisse zeigen nicht nur, dass es Speicher in der gen-expression, sondern auch, dass die gen-expression zeigt Fraktale und long-range-Kreuz-Abhängigkeit Merkmale innerhalb der Interaktionen zwischen Genen.

Wenn die Welt erscheint als ein Komplexes gebilde, das sich ständig verändert in einem vorhersagbaren Muster, es ist wahrscheinlich, weil viele Objekte in der Natur Fraktale Struktur (z.B. durch power-laws). Auch co-Abhängigkeit kann erklären, wie sich zwei Krebs-Zellen arbeiten zusammen in einem set, sondern töten sich gegenseitig in einem anderen. Oder, wie können die Wissenschaftler Ingenieur Tumorzellen zu töten Ihre eigene Art. Speicher ermöglicht es uns, zu betrachten DNA als Programm-eine Reihe von Anweisungen, die ständig mit einander. In anderen Worten, nichts in unserer DNA-Programmierung ist zufällig.

„Aktuelle mathematische Modelle, die existieren, auf die gen-regulatorischen Netzwerke, die nicht erfüllen diese Funktionen,“ sagte Bogdan, assistant professor of electrical engineering-Systeme.

„Die Untersuchung der Dynamik der Genexpression ermöglicht uns, die Mechanismen zu verstehen und Muster, die Fahrt biologischen Organismen,“ Ghorbani sagte. „Dieses wissen hilft uns sowohl aus wissenschaftlichen und technischen Perspektiven, weil wir Sie ausnutzen können, erkennen einer Anomalie oder Krankheit. Dann können wir Ingenieur-Zellen, um bestimmte Aufgaben wie Medikamentenverabreichung zur Behandlung von Krebs.“

Wenn Wissenschaftler design, eine Therapie für eine bestimmte Krankheit, Sie können nicht nur take in Konto eines bestimmten Gens Verhalten zu einer Zeit, aber, wie es interagiert mit anderen Genen, die sich über mehrere Zeitskalen. Andernfalls werden Sie am Ende der Behandlung nur eine lokalisierte defekt.

„Wir am Ende sagen: ‚wir entwickelten ein Medikament zur Bekämpfung von Krebs, aber dann Krebs einen anderen Weg gefunden,“ sagte Bogdan, unter Berufung auf Beispiele, in denen ein patient erhält die Behandlung einer Art von Krebs, entwickelt sich aber eine andere Art von Krebs später.

„Und nicht, weil der Krebs Zellen eingewandert sind oder, dass der Krebs austricksen läßt uns irgendwie“, sagte er. „Es ist klug, wenn wir nicht die richtige Frage mit dem richtigen Werkzeug.“