Ученые разработали метод для обнаружения ранних стадий рака.

Рак желудка занимает одно из ведущих мест среди онкологических заболеваний в мире как по частоте выявления, так и по смертности. Его начальные признаки часто бывают слабо выражены, а диагностика нередко задерживается до поздних стадий, что негативно сказывается на результатах лечения и прогнозе. В связи с этим, изучение и определение ранних маркеров развития рака желудка крайне важно для своевременной диагностики и эффективного лечения, сообщает научное издание EurekAlert!.

За последние годы прогресс в системной биологии и статистической физике открыл возможности для создания новых методов моделирования и прогнозирования сложных заболеваний. Сети регуляции генов, играющие важную роль в поддержании стабильных фенотипических состояний клеток и их переходе между ними, содержат значительный объем динамических данных.

Обычно исследования сосредоточены на статических различиях в экспрессии генов, что не позволяет выявить важные динамические изменения, происходящие в процессе развития болезни. В данном исследовании, использующем принципы неравновесной статистической физики, была построена регуляторная сеть ключевых генов, связанных с раком желудка, и применены теоретические методы, такие как потенциальный ландшафт и стационарный поток вероятностей, для количественной оценки динамической устойчивости системы и процессов рассеивания энергии.

Читайте также:  В Австралии разработали экологически чистый строительный материал

Используя моделирование, имитирующее изменения состояний при различных мутациях или изменениях уровня регуляции, удалось определить показатели, сигнализирующие о ранних стадиях, включая скорость образования энтропии, средний поток, критическое замедление и мерцание. Данная работа предлагает инновационный метод анализа механизмов развития рака желудка и его ранних диагностических признаков, рассматривая их с точки зрения динамики, и создает методологическую базу для разработки клинических систем раннего предупреждения.

На основе анализа данных об экспрессии генов, представленных во временных рядах, и с использованием теорий неравновесного потенциального ландшафта и стационарного потока вероятностей, исследователи определили ранние индикаторы развития рака желудка, опираясь на такие параметры, как скорость образования энтропии и средний поток.

Читайте также:  В РАН состоялась дискуссия о федеральной программе «Гидрокосмос» по освоению ресурсов Мирового океана.

Моделирование продемонстрировало, что модификация регуляторной активности TGF-β вызывает изменения в устойчивом состоянии системы. Оценивая колебания ряда неравновесных динамических параметров, исследователи смогли точно выявить ключевые динамические характеристики, предшествующие переходу в устойчивое состояние. Эти параметры позволяют детально понять физические механизмы, обуславливающие развитие рака, и служат надёжной теоретической базой для ранней диагностики, как отметили ученые.

Несмотря на то, что средний поток и скорость образования энтропии могут быть использованы в качестве числовых индикаторов раннего предупреждения при диффузном раке желудка, их измерение затруднено в клинической практике. Для решения этой задачи авторы рассчитали разницу между прямой и обратной двухгенными кросс-корреляционными функциями, используя смоделированные траектории экспрессии генов. Это позволило количественно оценить необратимость во времени и, как следствие, охарактеризовать неравновесную динамику системы.

Читайте также:  Новая математическая модель поможет оценить загрязнение водных ресурсов тяжелыми металлами

Данный метод обеспечивает возможность эффективной количественной оценки неравновесных процессов, происходящих в раковых системах, без непосредственного измерения среднего потока, что позволяет обойти практические трудности, возникающие при определении данных параметров. Статья опубликована в журнале Quantitative Biology.

[Фото: ru.123rf.com]