Johns Hopkins Medicine Forscher sagen, Sie haben etwas entwickelt, was wie ein “Google Maps” – Konzept genauer computing und Visualisierung der strukturellen und funktionellen Gefäßveränderungen benötigt für die tumor-Wachstum. Durch die Kombination von hochwertigen 3-D-imaging-Daten von tumor-Proben von Tier-Modelle mit ausgefeilten mathematischen Formeln, die Forscher sagen, Sie haben jetzt ein Modell, das genau stellt das Blut des Verkehrs in den Tumoren, einschließlich der komplexen Durchblutung, die Sauerstoffversorgung und die strukturellen Veränderungen, die auftreten.
Diese Arbeit wurde veröffentlicht März 27 in Nature Scientific Reports.
Arvind Pathak, Ph. D., Studienleiterin, sagt das Projekt wurde entwickelt aus der Notwendigkeit zur Bewältigung der Komplexität von Krebs-Biologie in wachsenden und sich entwickelnden Tumoren. Er sah die Notwendigkeit für eine bessere Vorhersagemodelle, wie viele der vorhandenen Modelle rudimentären Annäherungen an die komplexe geometrie von einem tumor der Blutgefäße.
“Schlechte Darstellungen des tumor ‘Mikrokosmos’ Modelle und die Forschung an Ihnen weniger präzise. Also dachte ich, wie kann ich die Nutzung meiner imaging-know-how zu verbessern, die information Modellierer?”, sagt Pathak, associate professor of radiology and biomedical engineering an der Johns Hopkins University School of Medicine und ein Mitglied der Johns Hopkins Kimmel Cancer Center.
Um ein Modell zu erstellen, die genauer reflektiert die Struktur und das Verhalten von Tumoren, die seinem Forscherteam implantierten Mäusen mit menschlichen tumor-Zellen und belichtete die resultierenden Tumoren unter Verwendung von 3-D-Magnet-Resonanz-Mikroskopie und der Mikro-CT-Bildgebung. Diese hochauflösenden 3-D-Bilder lieferte detaillierte Informationen über einen tumor-Volumen und die Struktur der Blut-Gefäß-Netzwerke.
Mit der zugrunde liegenden Blutgefäß-Struktur zugeordnet, Pathak und seine Arbeitsgruppe durchforstete die wissenschaftliche Literatur, um Informationen zu finden, wie diese Strukturen würden sich wahrscheinlich Verhalten sich in einem lebenden system. Speziell, Sie suchte nach Studien, die enthalten Messungen von Blutdruck, Blutfluss und-Volumen in den Gefäßen, ähnlich denen, die gesehen werden in Ihren Tumoren.
Mit Hilfe dieser Informationen, die die Gruppe zusammen mit Aleksander Popel Systems Biology Laboratory im Department of Biomedical Engineering an der Johns Hopkins University School of Medicine zur Entwicklung einer Reihe von mathematischen Formeln die Darstellung dieser Aspekte von Tumoren. Sie Taten dies durch die Kombination von Daten aus bereits veröffentlichten Studien mit den Informationen, die Sie gesammelt.
“Das image-based Modell besteht aus tausenden von Datenpunkten über die vorhergesagten Durchblutung und der intravaskulären oxygenation während Tumoren,” Pathak sagt.
Die nächste Herausforderung für die Gruppe war es, die Informationen, die Sie gesammelt, die leicht zu sehen und zu verstehen, in der Weise, dass web-basierte Landkarten kann leicht gesehen werden und überlagert mit den verschiedenen Arten von nützlichen Informationen, wie z.B. Reise -, Zeit -, Verkehrs-Aktivität, Umwege und Durchschnittliche Geschwindigkeit.
“Wir mussten eine völlig neue Art und Weise zu repräsentieren die Informationen, die wir hatten erzeugt, so dass es sinnvoll ist und nicht überwältigend für diejenigen, die Notwendigkeit zu verstehen und zu nutzen”, sagt Pathak.
Um das zu tun, Pathak rekrutiert Akanksha Bhargava, Ph. D., ein Maschinenbau-Ingenieur und wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Systems Biology Laboratory, um auf der Grundlage der mathematischen Modelle etabliert, die von Spyros Stamatelos, Ph. D. “Wir haben über verschiedene Möglichkeiten, überlagern die Ergebnisse der Modellierung auf die zugrunde liegende Blut-Gefäß-geometrie, ohne die Komplexität und den Reichtum der Daten”, sagt Bhargava.
Das Ergebnis, sagt er, war ein 3-D-Darstellung der Blutgefäß-Netzwerk von jedem tumor mit einer farbkodierten Karte der Verkehrs-wie Bewegungen von Blut durch die Gefäße, die es zu versorgen. “Es sah ein schreckliches Los wie Google Maps”, sagt Pathak, “Der Blut-Gefäß-Segmente sind die Straßen und die Durchblutung in jedem segment ist Analog der Verkehr entlang jeder Straße.” Und wie mapping-apps, sagt er, das Modell gibt den Forschern eine genauere Darstellung von, was geschieht innerhalb eines Tumors zu einem bestimmten Zeitpunkt, fügt Pathak. Diese überzeugende Visualisierungen bereits erregt die Aufmerksamkeit von der wissenschaftlichen Gemeinschaft und wurden vorgestellt, wie die “biomedizinische Bild des Tages” von der MRC London Institute of Medical Sciences.
Pathak sagt das team plant, diese Bilder frei zur Verfügung stehen der scientific community für Forschungszwecke. Das Modell ist interaktiv, so dass Benutzer können Parameter verändert werden, wie die Breite der Blutgefäße zu beobachten, die Wirkung auf den Blutfluss und die Lieferung von Drogen, Medikamenten oder anderen Behandlungen auf den tumor.
Die Ermittler warnen, dass der Ansatz nicht direkt für die menschliche Tumoren noch. Aber, sagt Pathak, “Als unsere Fähigkeit, hochaufgelöste Bilder in der Klinik verbessert, wir hoffen, dass dieses tool kann angepasst werden, um eine nichtinvasive Möglichkeit, vorherzusagen, das Verhalten eines einzelnen Patienten ist Krebs und passen Ihre Therapie.”
