Los investigadores de Johns Hopkins Medicine dicen que han desarrollado algo parecido a un enfoque de "Google Maps" para calcular y visualizar con mayor precisión los cambios estructurales y funcionales de los vasos sanguíneos necesarios para el crecimiento del tumor. Al combinar datos de imágenes 3D de alta calidad de muestras de tumores de animalesmodelos con fórmulas matemáticas sofisticadas, los investigadores dicen que ahora tienen un modelo que representa con precisión el tráfico sanguíneo dentro de los tumores, incluido el flujo sanguíneo complejo, la oxigenación y los cambios estructurales que ocurren.
Este trabajo fue publicado el 27 de marzo en Nature Informes científicos .
Arvind Pathak, Ph.D., líder del estudio, dice que el proyecto se desarrolló a partir de la necesidad de abordar las complejidades de la biología del cáncer en tumores en crecimiento y desarrollo. Vio la necesidad de mejores modelos predictivos, ya que muchos modelos existentes empleabanaproximaciones rudimentarias de la geometría compleja de los vasos sanguíneos de un tumor.
"Las representaciones deficientes del 'microambiente' del tumor hacen que los modelos y la investigación basada en ellos sean menos precisos. Entonces pensé, ¿cómo puedo usar mi experiencia en imágenes para mejorar la información disponible para los modeladores?", Dice Pathak, profesor asociado de radiología yingeniería biomédica en la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins y miembro del Centro Oncológico Kimmel de Johns Hopkins.
Para crear un modelo que reflejara con mayor precisión la estructura y el comportamiento de los tumores, su equipo de investigación implantó en ratones células tumorales de mama humanas y obtuvo imágenes de los tumores resultantes mediante microscopía de resonancia magnética 3D y micro-CT. Estas imágenes 3D de alta resolución proporcionaroninformación detallada sobre el volumen de un tumor y la estructura de sus redes de vasos sanguíneos.
Con la estructura de los vasos sanguíneos subyacentes mapeada, Pathak y su equipo de investigación revisaron la literatura científica para encontrar información sobre cómo estas estructuras se comportarían probablemente en un sistema vivo. Específicamente, buscaron estudios que incluían mediciones de la presión arterial, el flujo sanguíneo yvolumen en vasos similares a los que se ven en sus tumores.
Con esta información, el grupo colaboró con el Laboratorio de Biología de Sistemas de Aleksander Popel en el Departamento de Ingeniería Biomédica de la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins para desarrollar un conjunto de fórmulas matemáticas diseñadas para representar estos aspectos de los tumores. Lo hicieron combinando datosde estudios publicados anteriormente con la información que recopilaron.
"El modelo basado en imágenes comprende miles de puntos de datos sobre el flujo sanguíneo previsto y la oxigenación intravascular en los tumores", dice Pathak.
El siguiente desafío para el grupo fue hacer que la información que recopilaron fuera fácil de ver y comprender, de la misma manera que los mapas geográficos basados en la web se pueden ver fácilmente y superponer con diferentes tipos de información útil, como el tiempo de viaje, la actividad del tráfico, desvíos y velocidad media.
"Tuvimos que crear una forma completamente nueva de representar la información que habíamos generado para que fuera significativa y no abrumadora para quienes necesitan comprenderla y usarla", dice Pathak.
Para hacer eso, Pathak reclutó a Akanksha Bhargava, Ph.D., un ingeniero mecánico y becario postdoctoral en el Laboratorio de Biología de Sistemas, para construir sobre los modelos matemáticos establecidos por Spyros Stamatelos, Ph.D.superponer los resultados del modelado a la geometría de los vasos sanguíneos subyacentes sin comprometer la complejidad y riqueza de los datos ", dice Bhargava.
El resultado, dice, fue una representación en 3D de la red de vasos sanguíneos de cada tumor con un mapa codificado por colores de los movimientos similares al tráfico de la sangre a través de los vasos que lo alimentan ". Se parecía muchísimo a Google Maps", dice Pathak," los segmentos de vasos sanguíneos son las calles y el flujo sanguíneo en cada segmento es análogo al tráfico a lo largo de cada calle ". Y al igual que las aplicaciones de mapas, dice, el modelo brinda a los investigadores una descripción más precisa de lo que está sucediendo.dentro de un tumor en un momento dado, agrega Pathak. Estas atractivas visualizaciones ya han atraído la atención de la comunidad científica y fueron presentadas como la "imagen biomédica del día" por el MRC London Institute of Medical Sciences.
Pathak dice que el equipo planea poner estas imágenes a disposición de la comunidad científica de forma gratuita con fines de investigación. El modelo se puede hacer interactivo, de modo que los usuarios puedan alterar parámetros como el ancho de los vasos sanguíneos para observar el efecto en el flujo sanguíneo y eladministración de medicamentos u otros tratamientos sobre el tumor.
Los investigadores advierten que el enfoque aún no es directamente aplicable a los tumores humanos. Pero, dice Pathak, "a medida que nuestra capacidad para obtener imágenes de alta resolución en la clínica mejora, esperamos que esta herramienta pueda adaptarse para proporcionar una forma no invasivapara predecir el comportamiento del cáncer de un paciente individual y personalizar su terapia ".
En la actualidad, el modelo debería ser útil para que los bioingenieros y los biólogos del cáncer puedan estudiar más fácilmente aspectos de la biología tumoral "in silico", así como para realizar pruebas para posibles terapias.
Otros investigadores involucrados en este estudio incluyen a Eugene Kim de la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins.
Este trabajo fue apoyado por el Instituto Nacional del Cáncer 1R01CA196701, 1R21CA175784, 5R01CA138264.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Medicina de Johns Hopkins . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :