Naukowcy z AGH pomogą lekarzom zwalczyć raka

ZDROWIE. Wykonane w Krakowie wirtualne symulacje mogą zrewolucjonizować terapię antynowotworową

U pacjenta zostaje wykryta choroba nowotworowa. Zdjęcie fragmentu tkanki nowotworowej przenosi się do komputera. Obraz jest daną wejściową do specjalnego programu informatycznego. Lekarz wciska "enter" i program zaczyna wyliczać różne parametry, mierzyć, szacować - przewiduje, jak nowotwór zachowa się w przyszłości, np. po podaniu dawki leku.

Brzmi nieprawdopodobnie? Nie dla badaczy z Katedry Informatyki Akademii Górniczo- -Hutniczej, którzy twierdzą, że wirtualne symulacje rozwoju raka to tylko kwestia czasu.

- Informatyka daje obecnie mnóstwo możliwości, dzięki czemu w bardzo krótkim czasie można dokonać analizy wielu danych, dokonać obliczeń, o których nie mogliśmy śnić jeszcze pięć lat temu. Dlatego tylko kwestią czasu jest ścisłe powiązanie modelowania i symulacji komputerowej z rozwiązywaniem najtrudniejszych problemów biologii i medycyny - mówi prof. Witold Dzwinel z Katedry Informatyki AGH.

Prof. Dzwinel wspólnie z dr. Rafałem Wcisłą jest twórcą projektu i koordynuje prace kilkuosobowego zespołu naukowego. Naukowcy stworzyli model komputerowy, odtwarzający proces wzrostu guza nowotworowego bez i w obecności procesu angiogenezy, czyli rozrostu układu krwionośnego zasilającego guz tlenem i innymi substancjami odżywczymi.

Teraz ma zostać przygotowany interfejs, a więc narzędzie do komunikacji pomiędzy człowiekiem a maszyną. Pozwoli ono ustalać odpowiednie warunki początkowe oraz obserwować przyszłe zmiany rakotwórcze przewidywane przez model komputerowy. Obraz będzie dużo bogatszy niż samo zdjęcie nawet o najwyższej rozdzielczości.

- Niedotlenione komórki nowotworowe produkują pewne substancje sygnałowe - białka, które przemieszczając się w tkance, trafiają na receptory wzrostu, znajdujące się na bliskich nowotworowi naczyniach krwionośnych. Następuje wtedy cała kaskada reakcji chemicznych, w wyniku których naczynia zaczynają się rozrastać - mówi prof. Witold Dzwinel.

To powoduje, że komórki rakowe zaczynają mieć nieograniczony dostęp do tlenu i substancji odżywczych. Przyspiesza to ich namnażanie i prowadzi do przerzutów. Komputerowe symulacje mogą temu przeszkodzić.

Projektem AGH już interesują się polscy i zagraniczni lekarze. Uczelnia współpracuje w tym zakresie m.in. z amerykańskimi uniwersytetami w Minnesocie i Colorado. Teraz naukowcy wspólnie z kolegami z USA starają się o duży grant z Narodowego Instytutu Zdrowia (NIH) w Stanach Zjednoczonych, by móc połączyć siły i bardziej rozwinąć swoje badania oraz poszerzyć współpracę z innymi zagranicznymi ośrodkami.

Informatycy z AGH pomogą onkologom

Specjaliści modelowania komputerowego, odkrywając zależności między różnymi parametrami oraz wykorzystując wiedzę onkologów i wyniki doświadczeń, mogą dokonać wiarygodnych symulacji rozwoju guza.

- Mając ogromną liczbę danych o nowotworze, na przykład budowę układu krwionośnego wokół guza, dane o produkowanych białkach, informacje na temat fizjologicznych odpowiedzi organizmu na chorobę dąży się do zablokowania receptorów wzrostu naczyń krwionośnych i "zagłodzenia" raka - wyjaśnia prof. Witold Dzwinel z Katedry Informatyki Akademii Górniczo-Hutniczej.
Matematyczne obliczenia i prognoza wzrostu mogłyby pomóc nie tylko w produkcji nowych leków, ale także w doborze odpowiedniej dawki specyfiku. Jak tłumaczą naukowcy, czasem źle dobrane medykamenty powodują rozrost naczyń, co w konsekwencji prowadzi do rozprzestrzeniania się komórek rakowych. Często także zbyt pochopne operacyjne usunięcie guza może oznaczać przyspieszenie choroby.

- W Ameryce obserwacja wzrostu nowotworu wykorzystująca narzędzia komputerowe do analizy danych jest już od dawna prowadzona. Pacjent nie trafia od razu na stół operacyjny, tylko czeka się na rozwój wypadków. Analizuje się, czy na tym konkretnym etapie choroby już konieczna jest interwencja chirurgiczna - mówi prof. Witold Dzwinel. W przyszłości dodatkową pomocą będzie nie tylko przewidywanie wzrostu jedynie na podstawie kolejnych obserwacji, ale także symulacja komputerowa rozwoju choroby.

Czy jednak można zastąpić biologię komputerem i przewidzieć reakcje ludzkiego organizmu? - Odtwarzamy tylko wycinkowy proces. Trzeba oczywiście pamiętać, że istnieje ogromna liczba czynników, które trudno wprowadzić do modelu, na przykład ludzka psychika. Jej wpływu na chorobę nie potrafimy na razie zbadać - mówi prof. Dzwinel. - Tym niemniej modelowanie i symulacja komputerowa to na pewno narzędzie, które może stanowić bardzo użyteczne uzupełnienie planowania i obserwacji wyników terapii.

Projektem AGH już interesują się polscy i zagraniczni lekarze. Uczelnia współpracuje w tym zakresie m.in. z amerykańskimi uniwersytetami w Minnesocie i Colorado. Teraz naukowcy wspólnie z kolegami z USA starają się o duży grant z Narodowego Instytutu Zdrowia (NIH) w Stanach Zjednoczonych, by móc połączyć siły i bardziej rozwinąć swoje badania oraz poszerzyć współpracę z innymi zagranicznymi ośrodkami.

Katarzyna Klimek-Michno

[email protected]