Findings suggest novel approaches in drug therapy to treat cancer and other diseases
研究結果提出了治療癌症和其他疾病的藥物療法的新方法
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| 顯微鏡下的雪花顯示了研究人員在基因表達調控網絡中發現的分形特性。 照片ISTOCK |
The answer, according to a team of researchers at the USC Viterbi School of Engineering, may revolve around fractals, the infinitely complex patterns found in nature.
Trees, rivers, coastlines, mountains, clouds, snowflakes and hurricanes are all displaying or obeying fractal rules. A fractal description of many things is a story about how they grow.
貝殼，閃電和英國海岸線能告訴我們關於癌症的新藥嗎？
根據USC Viterbi工程學院的一組研究人員的說法，答案可能圍繞分形，即自然界中發現的無限複雜模式。
樹木，河流，海岸線，山脈，雲彩，雪花和颶風都在顯示或遵守分形規則。 許多事物的分形描述是關於它們如何成長的故事。
在這種情況下，分形還可以幫助描述胰島素表達的控制如何發出血糖調節的信號，或者如何像癌症一樣在身體中傳播的東西和正確的工具來阻止它。
傳統的數學不能充分模擬多個基因在多個時間框架內的相互作用 - 這是任何抗癌藥物的必要基礎。 該研究發表於明謝謝電子工程系的Mahboobeh Ghorbani，Edmond Jonckheere和Paul Bogdan的“生理學前沿” ，是第一項研究基因表達的記憶，交叉依賴和分形的研究。
基因表達是一個嚴格調節的過程，允許細胞響應其不斷變化的環境。 它使我們DNA中存儲的信息能夠在復雜的生物系統中流動。 沒有基因表達，細胞就不存在。
不幸的是，據Ghorbani博士稱。 波格丹網絡物理系統集團的候選人：“現有的模型基於非線性方程，可以告訴我們哪個基因對某種疾病負責，而不是這些基因如何相互作用。”
“現有模型的問題在於它們只能看到網絡的一部分。”
研究人員通過闡明這些尚未開發的數學工具的基本特徵奠定了初步的基礎。 Ghorbani開發了該軟件，用於檢測和預測兩種活細菌中的基因與基因的相互作用：大腸桿菌和釀酒酵母，通常稱為麵包酵母。
他們的研究結果不僅表明基因表達存在記憶，而且表明基因表達在基因間的相互作用中表現出分形和長程交叉依賴特徵。
如果世界看起來像一個分形，不斷變化的可預測模式，很可能是因為自然界中的許多物體具有分形結構（例如通過冪定律）。 此外，共同依賴可以解釋兩個癌細胞如何在一組中協同工作但在另一組中相互殺死。 或者，科學家如何設計腫瘤細胞以殺死他們自己的類型。 記憶允許我們將DNA視為一個程序 - 一組不斷互相檢查的指令。 換句話說，我們的DNA編程中沒有任何內容是隨機的。
“目前存在於基因調控網絡上的數學模型並不能滿足這些功能，”電氣工程系統助理教授波格丹說。
“調查基因表達的動態使我們能夠理解驅動生物有機體的機制和模式，”Ghorbani說。 “這些知識從科學和工程角度幫助我們，因為我們可以利用它來檢測異常或疾病。 然後，我們可以設計細胞來執行特定任務，例如用於癌症治療的藥物輸送。“
當科學家為某種特定疾病設計治療時，他們不能同時考慮一種特定的基因行為，而是如何在多個時間尺度上與其他基因相互作用。 否則他們最終只會處理局部缺陷。
“我們最終說：'我們開發了一種藥物來對抗這種癌症，但後來發現了癌症的另一種方式'，”波格丹說，引用一個例子，患者接受一種癌症的治療，但後來發展為另一種類型的癌症。
“並不是因為癌細胞已經遷移，或者癌症以某種方式超過了我們，”他說。 “如果我們不使用正確的工具提出正確的問題，那就太聰明了。”
資料來源：https://viterbischool.usc.edu/news/2018/12/what-can-a-snowflake-teach-us-about-how-cancer-spreads-in-the-body/
資料來源：https://viterbischool.usc.edu/news/2018/12/what-can-a-snowflake-teach-us-about-how-cancer-spreads-in-the-body/
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