دانشمندان آمریکایی با استفاده از تحلیل ریاضی الگوهای سلولی، برنامه‌ای کامپیوتری طراحی کرده‌اند که می‌تواند رفتار سلول‌های انسانی و حیوانی را در هر نقطه‌ای از بدن به صورت دیجیتال شبیه‌سازی کند.
به گزارش تکناک، این دستاورد نوآورانه می‌تواند بدون نیاز به آزمایش‌های پرهزینه روی سلول‌های زنده، زمینه‌ساز تحول در تحقیقات دارویی، سرطان و رشد مغز باشد.
این برنامه توسط پژوهشگرانی از دانشگاه‌های ایندیانا، جانز هاپکینز، مریلند و اورگن طراحی شده است، که می‌تواند مانند «دوقلوی دیجیتال» انسان عمل کند.
فهرست مطالب
کاربردهای گسترده شبیه‌سازی رفتار سلول‌های انسانی
این پروژه ابتدا با نرم‌افزاری به نام PhysiCell آغاز شد، که به کمک قوانین ریاضی و زیست‌شناسی، سلول‌ها را در قالب «عامل‌های ریاضی» (math agents) شبیه‌سازی می‌کرد. هر عامل نماینده یک نوع سلول بوده است و رفتارهای زیستی مانند تقسیم، حرکت یا واکنش به داروها را بر اساس قوانین تعریف‌شده انجام می‌دهد.
محققان با پیگیری این قوانین، توانسته‌اند رشد تومورها، شکل‌گیری لایه‌های مغز و تعامل سلول‌های مغزی در مراحل اولیه رشد را به صورت مجازی مشاهده کنند.
ابزاری ساده برای دانشمندان بدون نیاز به کدنویسی
یکی از ویژگی‌های برجسته این نرم‌افزار، دسترس‌پذیری آن برای دانشمندان غیرمتخصص در برنامه‌نویسی است. دانشمندان به‌جای نوشتن کدهای پیچیده، فقط کافی است قوانین زیستی را در یک فایل Excel وارد کنند. برای مثال کافی است بنویسند: «اگر غلظت اکسیژن افزایش یابد، تقسیم سلولی بیشتر می‌شود»، سپس نرم‌افزار این قوانین را به معادلات ریاضی تبدیل می‌کند و رفتار سلول‌ها را شبیه‌سازی می‌نماید.
تأیید تجربی مدل شبیه‌سازی رفتار سلول‌های انسانی
دانشمندان در یک آزمایش، با استفاده از این مدل نشان دادند که چگونه افزایش فعالیت ژن EGFR در ماکروفاژها باعث رشد تومور در سرطان سینه می‌شود. نتایج شبیه‌سازی با مشاهدات واقعی روی سلول‌های زنده در آزمایشگاه مطابقت داشتند، که تأییدی قوی بر دقت این مدل است.
از شبیه‌سازی مغز تا استفاده از هوش مصنوعی
دانشجویان دانشگاه جانز هاپکینز با استفاده از اطلاعات بانک مغزی آلن، موفق به ساخت این مدل دیجیتالی از رشد مغز انسان شدند. این اولین بار است که رشد مغز با این میزان دقت به صورت کامپیوتری شبیه‌سازی می‌شود.
این تیم تحقیقاتی قصد دارند در مرحله بعد، از هوش مصنوعی برای بهبود مدل‌ها استفاده کنند. آنها سیستم جدیدی طراحی کرده‌اند که می‌تواند به طور خودکار مدل‌های مغز را با اطلاعات تازه تطبیق دهد و به‌روزرسانی کند. این فناوری می‌تواند به درک بهتر چگونگی رشد و تکامل مغز انسان کمک شایانی کند.
به گفته دکتر استاین-اوبراین، این پروژه به‌سمت ایجاد یک «آزمایشگاه سلولی مجازی» پیش می‌رود. به‌جای صرف وقت و هزینه برای آزمایش‌های آزمایشگاهی روی سلول‌های زنده، می‌توان ابتدا فرضیه‌ها و درمان‌های ممکن را در محیط دیجیتال بررسی کرد و سپس تحقیقات تجربی را فقط روی گزینه‌های امیدوارکننده انجام داد.
فناوری شبیه‌سازی رفتار سلولی، مسیر جدیدی در تحقیقات زیست‌پزشکی گشوده است. با پیشرفت این برنامه، می‌توان به پیش‌بینی دقیق‌تر رفتار سلول‌ها، واکنش به داروها و حتی رشد بافت‌ها و اندام‌ها دست یافت؛ مسیری که می‌تواند پزشکی فردمحور و درمان‌های دقیق‌تر را در آینده ممکن سازد.
