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數(shù)學(xué)能夠更好地治療癌癥嗎

2019-11-01 10:49來源:生物谷


生物個(gè)體的生存與發(fā)展離不開細(xì)胞感知并正確響應(yīng)其環(huán)境的能力。細(xì)胞通過稱為“信號(hào)通路”的化學(xué)信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行通信,進(jìn)而協(xié)調(diào)細(xì)胞活性。但是,信息處理能力的損傷可能會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞無法正確感知其環(huán)境,這也是導(dǎo)致癌癥發(fā)展的可能原因之一。為了更好地了解信息傳輸過程的受損如何影響患病細(xì)胞的活動(dòng),瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)(UNIGE)的研究人員提議根據(jù)信息理論檢查細(xì)胞通信狀況。

眾所周知,信息理論并非生物學(xué)領(lǐng)域的概念,而是計(jì)算機(jī)科學(xué)中更常用的數(shù)學(xué)理論。這項(xiàng)在《Trends in Cell Biology》雜志上發(fā)表的文章為腫瘤學(xué)研究提供了一種全新的方法。

文章作者,來自UNIGE醫(yī)學(xué)院腫瘤血液學(xué)轉(zhuǎn)化研究所的研究員Karolina Zieliska說:“從某種意義上說,癌癥可以看作是一種信號(hào)紊亂疾病。然而,盡管我們已經(jīng)知道過度激活或激活不足的信號(hào)通路具有致癌作用,其內(nèi)在確切的機(jī)制仍然十分神秘。”實(shí)際上,針對(duì)細(xì)胞如何根據(jù)它們感知到的信息做出決策, Vladimir Katanaev認(rèn)為目前還無法用生物學(xué)手段解釋。

    

信息論是以概率論為基礎(chǔ)的一門理論。它的主要概念稱為‘熵’,旨在測(cè)量隨機(jī)變量的不確定性。 “例如,如果我們拋硬幣,硬幣可能會(huì)隨機(jī)落在正面或反面,因此結(jié)果是不確定的。現(xiàn)在想象一個(gè)硬幣,它具有兩個(gè)相同的面,那么拋擲的結(jié)果一定是確定的,此時(shí)熵為零。因此,熵可以用于評(píng)估隨機(jī)通信的不確定性的程度。當(dāng)應(yīng)用于信號(hào)傳遞領(lǐng)域時(shí),熵表示接收方明確確定上游傳輸內(nèi)容所必需的信息量。”

將信息理論應(yīng)用于細(xì)胞信號(hào)傳遞,可以研究細(xì)胞如何處理其從環(huán)境中接收的信息。當(dāng)細(xì)胞從其環(huán)境接收刺激(信息)時(shí),細(xì)胞可以處理哪些信息集中而不會(huì)出錯(cuò)?知道了細(xì)胞的反應(yīng)后,我們可以區(qū)分不同的刺激來評(píng)估哪個(gè)刺激觸發(fā)了這種特定的反應(yīng)嗎?事實(shí)上,這些問題在癌癥領(lǐng)域至關(guān)重要。因?yàn)榘┘?xì)胞可能因?yàn)闊o法處理來自環(huán)境以及健康細(xì)胞的信息,并且在不沒有收到合適信息時(shí)開始增殖和分裂。

如今,研究人員將通過研究乳腺癌和肺癌細(xì)胞如何處理其周圍環(huán)境的信息來測(cè)試其方法的有效性。實(shí)際上,目前的治療通常旨在消除癌細(xì)胞中某些信號(hào)傳導(dǎo)途徑,這種方法往往伴隨一定的副作用。Vladimir Katanaev表示:“我們提出的新方法并非旨在關(guān)閉信號(hào)通路,而是旨在恢復(fù)其正常活動(dòng)。通過將純數(shù)學(xué)概念應(yīng)用于生物學(xué),我們希望識(shí)別出需要糾正的信息傳輸故障。”