Un modèle informatique amélioré contribue désormais à fournir de nouvelles informations sur la croissance des cellules cancer et comment elle peut être arrêtée. Le modèle de cellules numériques représente une autre étape vers le traitement du cancer individualisé.
Une équipe dirigée par Christian Baumgartner de l'Institute of Health Care Engineering de Graz University of Technology (TU Graz) a développé un jumeau numérique très détaillé de la lignée cellulaire de cancer du poumon A549. Le jumeau s'appuie sur les processus bioélectriques et la dynamique du calcium dans l'intérieur cellulaire de nouvelles façons innovantes. Le calcium est une composante vitale dans la survie des cellules biologiques. Cependant, si la concentration de calcium dans une cellule est trop élevée, cela peut provoquer la mort cellulaire – ce qui fait de l'élément un facteur aussi intéressant dans le traitement du cancer.
Créée dans le cadre du projet DiglungCancer, le modèle cellulaire s'appuie sur un modèle antérieur à partir de 2021 – considéré comme le premier modèle actuel numérique à ions numériques au monde d'une lignée cellulaire d'adénocarcinome pulmonaire A549 humain. Le modèle amélioré ouvrira la voie à la recherche sur la manière dont les courants de calcium et les tensions électriques sur la membrane cellulaire influencent la croissance du cancer-cellule. Bien que ces cellules ne puissent pas être activées au sens neurophysiologique conventionnel, elles démontrent une activité électrique. Le modèle numérique fournit la représentation fonctionnelle la plus détaillée de la bioélectricité dans les cellules cancéreuses à ce jour. L'objectif à long terme est d'identifier de nouvelles cibles pour les médicaments et les stratégies de traitement personnalisées assistées par ordinateur. Le projet est financé par la branche styrienne de l'organisation de conseil et de soutien au cancer autrichien Österreichische Krebshilfe.
Aperçu du contrôle du cycle cellulaire
« L'une des progrès significatifs de notre modèle cellulaire amélioré est la simulation détaillée de la distribution intracellulaire du calcium,« Commentaires Christian Baumgartner. »Pour la première fois, nous avons pu inclure de petites zones ou des microdomaines, où le calcium s'accumule et où les réseaux de cellules intérieurs sont proches de la membrane cellulaire. Dans ces zones, ce que nous appelons les canaux de calcium ou de CRAC activés par la libération de calcium régulent l'afflux de calcium, qui joue un rôle central dans l'activation des voies du signal intracellulaire – y compris celles qui influencent le cycle cellulaire. Cette amélioration nous a permis de représenter les processus électriques dans les cellules cancéreuses avec une précision sans précédent, notamment le stockage du calcium, les mécanismes de transport, les capacités tampons et les effets de la propagation localisée du calcium à l'intérieur de la cellule. «
À la base, le jumeau des cellules numériques se compose de centaines d'équations mathématiques qui fusionnent pour former des simulations informatiques. Cette cellule numérique détaillée permet aux chercheurs d'effectuer des tests soutenus par ordinateur sur les impacts des médicaments sur le comportement des cellules. Par exemple, il est possible de prédire l'effet des substances qui influencent la distribution du calcium ou la fonction des canaux ioniques dans certaines zones. À son tour, cela permet de tester des hypothèses sur la croissance cellulaire ou la mort cellulaire potentielle; Si les résultats sont pertinents, ils peuvent alors être testés dans le laboratoire. La cellule numérique permet également l'examen de combinaisons complexes de changements dans la fonction des canaux ioniques – les reproduire dans la vie réelle en laboratoire serait difficile et extrêmement long. Les chercheurs ont déjà démontré que l'inhibition de certains canaux CRAC peut modifier la dynamique du calcium local et influencer l'activité d'autres voies de signal de régulation du calcium. Cela peut entraîner une interruption du cycle cellulaire ou déclencher des mécanismes de mort cellulaire.
Étape suivante: communication entre plusieurs cellules
Jusqu'à présent, le modèle ne comprend qu'une seule cellule, ce qui signifie que certains mécanismes importants ne peuvent pas encore être représentés, comme la communication entre les cellules dans les grappes, le développement d'une tumeur, la propagation des cellules cancéreuses (métastases) et la formation de nouveaux vaisseaux sanguins dans la tumeur (vascularisation). Les phases suivantes du projet de recherche se déplaceront dans ce sens. À long terme, les résultats pourraient potentiellement soutenir l'adaptation à des lignées cellulaires spécifiques ou à des données de patients à des fins de recherche et de traitement du cancer personnalisés. Selon les chercheurs, la méthodologie pourrait également être appliquée à d'autres formes de cancer, notamment le cancer du sein et le cancer de la prostate.
