Interface Focus:肿瘤细胞能量代谢的博弈论研究
2014/07/17
博弈论本是现代数学的一个新分支,而越来越多的生物学家使用它来解释和预测进化论的某些结果。约翰霍普金斯的研究人员借鉴博弈论来研究肿瘤细胞的合作产能方式,试图利用肿瘤细胞在关键转换时期的脆弱性进一步开发抗癌药物,达到治疗目的。

约翰霍普金斯的研究人员借鉴博弈论来研究肿瘤细胞是如何合作,来获取收集能量的。他们声称他们的研究可以确定转移性癌症细胞合作的时间点,从而破坏它们的运作,让肿瘤在抗癌药物面前变得脆弱。这项研究工作于6月20日发表在了英国皇家学会期刊《 Interface Focus》上。

“很显然,我们目前仍然无法治疗转移性癌症,因为癌细胞在全身器官间扩散传播。博弈论在这里给了我们很大的帮助”,参与研究的Kenneth J. Pienta说。

博弈论是现代数学的一个新分支,也是运筹学的一个重要学科。博弈论考虑游戏中的个体的预测行为和实际行为,并研究它们的优化策略。越来越多的生物学家使用博弈理论来理解和预测进化论的某些结果。 Pienta实验室的博士后Ardeshir Kianercy说:“仅仅研究肿瘤细胞的个体行为是远远不够的,利用博弈论来研究它们的整体与其它细胞的关系以及它们之间是如何共同进化的。”

科学家利用数学方法和计算机工具来建立基于两种肿瘤细胞之间互作的生物博弈论参数,一种细胞是富氧的,而另一种是缺氧的,它们的新陈代谢能量收集形式是不同的,这取决于它们与富氧血液供应处的距离远近。缺氧地区的肿瘤细胞利用葡萄糖来生产能量,同时释放乳酸;而富氧地区的细胞则利用这些乳酸来生产能量,释放葡糖糖,以供缺氧地区的细胞使用。


缺氧细胞(红色)和富氧细胞(绿色)之间的合作

一般来说,这个过程是十分高效的,但是当肿瘤细胞突变时,它们的这种合作关系就会发生改变。因为突变会影响这两种细胞间葡萄糖、乳糖的产生、摄取,从而导致合作关系的崩塌。

应用博弈论计算方法来解释肿瘤细胞突变率和潜在的葡萄糖、乳糖水平之间的关系,研究人员发现在一定的突变率范围内,肿瘤细胞会突然在两种不同的产能形式间变换,称作转型关键时期。

研究人员认为肿瘤细胞在这个关键时期是非常脆弱的,因此医生应该将利用这一阶段来破坏肿瘤细胞所处的环境。例如,一些肿瘤细胞会驱使它们周围的正常细胞释放乳糖,用于自身产能,所以可以在转型关键时期破坏乳糖运输过程,从而打破正常的合作状态,达到治疗的目的。

Pienta 说目前为止还不清楚是否在左右的肿瘤中都存在这样一种代谢合作关系,但是博弈论模型为科学家们提供了一种新的研究思维,更好得理解了癌症细胞是如何运作的。

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