Сладкие гумусы слизи штанов присяжного острослова могут решить лабиринты и создать диаграммы, подобные железнодорожной системе Токио — и теперь, ученые предлагают, они могут также быть в состоянии помочь лечить рак. Биофизики в Германии и Сингапуре предполагают, что математические модели на основе поведения сладкого гумуса слизи могли бы привести к новым способам морить опухоли голодом крови.Сладкий гумус слизи Physarum polycephalum, обычно находимый рост в гниющих бревнах, фураже для еды путем распространения сети тонких усиков от ее края.
Как только сладкий гумус нашел еду, такую как кусок распадающейся растительности или микроорганизма, это растет по нему и прячет гидролизующие ферменты. P. polycephalum тогда строит тщательно продуманную сеть соединений между источниками пищи, позволяя его питательным веществам шаттла вокруг.
В 2010 математический биолог Тошиюки Накагаки, теперь в будущем университете Хакодате в Японии и его коллегах наблюдал, как это сетевое поведение могло бы перевести к эффективному городскому планированию; они поместили сладкий гумус в лабораторную культуру, также содержавшую масштабную модель региона вокруг Токио с центрами сосредоточения населения представления источников пищи. Усики сладкого гумуса слизи, они нашли, произведенные соединения поразительно подобный расположению системы железной дороги Токио.Но это – ранний рост сладкого гумуса, даже прежде чем это сформирует те тщательно продуманные добывающие продовольствие сети, которые могли бы держать ключи к разгадке понимания, как опухоли снабжают себя кровью.
Слизь разлагается начало как коллекция изолированных спор; поскольку они становятся направленными наружу, споры встречаются и соединяются в острова. Острова отсылают усики, в конечном счете встречающие другие острова; когда они встречаются, они соединяются снова, в конечном счете формируя большой, одноклеточный организм, который может теперь транспортировать жидкость всюду по себе. Существует математический термин для этого: пункт, в котором отдельные сети, каждый с его собственной транспортной системой, становятся соединенными достаточно, чтобы позволить жидкости или некоторой другой сущности перемещаться свободно между ними, называют «переходом фильтрации».Для строительства математической модели из перехода фильтрации, Эдриана Фесселя, Ханса-Гунтера Доберайнера и коллег в Бременском университете в Германии и Институте Механобиологии, Сингапур изучил способ, которым сладкие гумусы слизи растут в лаборатории.
Понимание, как те связи формируются и когда тот переход происходит, может иметь практическое применение, говорит Доберайнер. Чтобы остаться в живых и вырасти, опухолям нужно кровоснабжение; много очень пролиферирующих опухолей могут построить абсолютно новую сосудистую систему из исходных клеток опухоли, растущих, встречающихся, и плавкий предохранитель прежде, чем соединиться с кровоснабжением здоровой ткани. Так как процесс связи математически идентичен переходу фильтрации в сладком гумусе слизи, математическая модель последнего должна быть одинаково действительной для обоих, говорит он.
Поскольку усики сладкого гумуса выросли друг к другу и соединились, исследователи использовали сетевые диаграммы (как карты метро) для прослеживания связей между усиками. Они делали запись, сколько связей, излученных из каждого узла для получения измерения «межсвязности», подобной числу линий метро, служащих определенной станции. Сочиняя в Physical Review Letters, ученые нашли, что переход от многократных островов сладкого гумуса до соединенной сети — переход фильтрации — всегда происходил, когда узлы и линии следовали одной определенной, специфической модели.
Независимо от того, сколько полных узлов там были, что имело значение, был то, сколько из них имело точно три линии появления, имевшее одну линию появления, и сколько узлов осталось абсолютно изолированными. Для одного определенного отношения тех трех чисел всегда происходил переход фильтрации.
«Результаты очень интересны и новы», говорит Накагаки, не вовлеченный в данную работу, «и анализ посредством стандартного метода фильтрации является четким и красивым».Голодание опухолей крови является ключевым способом напасть на раковые образования, таким образом, Доберайнер надеется, что понимание исследователей сосудистого сетевого формирования может однажды привести к способам запретить развитие кровоснабжений опухолей и обуздать их рост. Для демонстрации применимости их модели для сосудистого роста исследователи показали, что они могли воспроизвести результаты лабораторного исследования 2003 года, проводимого другими исследователями в рост сосудистых сетей с помощью их слизи полученная из сладкого гумуса математическая модель.
Несмотря на то, что репродуцирование того исследования 2003 года является полезной демонстрацией, что их модель применима вне сладких гумусов слизи, Dobereiner указывает, что с математической точки зрения, такая демонстрация несколько избыточна. Эти две ситуации — рост сладкого гумуса слизи и сосудистый сетевой рост — математически эквивалентны, он говорит, и таким образом, модель, работающая на, каждого обязан работать на другой. «Даже если мы не сделали того эксперимента [с сосудистой сетью] … нет математически никакого выхода!»