肿瘤生长背后的物理学

杜克大学的研究人员已经开发出一种预测理论对肿瘤的生长,从一个新的角度来探索这个主题。而不是集中在细胞增长的生物机制,研究人员用热力学和肿瘤的物理空间扩展到预测其发展从一个细胞到一个复杂的质量。

研究结果发表在1月15日的《华尔街日报》生物系统。

“科学家认为对癌症的时候,想到的第一件事就是生物,他们往往忽视了物理现实的经济增长模式,“伊桑·Samei说,杜克大学医学院放射学教授。“还有问题的肿瘤与周围环境相互作用并提供细胞营养,这是故事的一个方面,到目前为止还没有很关注。”

“我们的理论使用的基本概念自然系统成长和重组本身将有更大机会获得流动系统,”阿德里安Bejan说J.A.琼斯著名的杜克大学机械工程教授。“这不仅解释了这种增长会发生,但是为什么它必须发生。”

这项新的研究是基于constructal法律,于1996年Bejan执笔,系统的状态,为了生存,它必须发展能够获取更多的流量。例如,人体血管系统已经演变提供血液流动通过网络的一些大型动脉和许多小的毛细血管。水系、树枝和现代高速公路和公路网络都反映了同样的力量在起作用。

摘要Bejan Samei和博士生托马斯·萨奥尔证明肿瘤的增长和内部重组它生长直接绑定到其需要创建获得更多营养物质流动以及管道清除垃圾。他们使用这些信息来预测细胞集群的函数结构的发展,并预测关键集群大小标志着转换从一个不同的配置。

为了验证他们的理论,研究人员将他们的预测与几个独立的测量研究恶性和良性肿瘤的生长模式。结果表明,他们的工作提供了一个统一的视角的生长细胞集群的最小尺度以及增殖细胞中描述现象学的大规模动态模型。

“随着肿瘤的发展,系统得到足以创建可见的电流通过肿瘤的血管化,“Bejan说道。“我们背后的物理学理论揭示了这些戏剧性的转变和预测时应发生。”

在过去的15年里,Samei一直致力于计算,非常详细的模型病人测试新的干预措施和医疗程序通过所谓的虚拟临床试验。这些试验模拟病人和程序,使医疗评估,否则是非常昂贵的或不道德的。直到最近,肿瘤在这些虚拟病人静态表示。但与肿瘤生长的新理论,成功创建动态Samei,越来越多的肿瘤模型,可能打开癌症研究的新途径。

Samei目前在生成的过程中肿瘤增长的图像从他的新模型,混合从真正的病人,拍摄的图像和测试放射科医生,看看他们是否可以区分。到目前为止,已经承诺的结果。

“如果肿瘤不增长,该模型并不现实,“Samei说。“我们希望我们的平台能够准确模型肿瘤的生长这样我们可以回答的非常现实的问题一个病人需要多久成像来确定是否他们的癌症是会放大或缩小。”

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