健康教育网约翰霍普金斯大学医学院的研究人员说，他们已经开发出类似于“ Google地图”的方法，可以更精确地计算和可视化肿瘤生长所需的结构和功能性血管变化。
研究人员说，通过将来自动物模型的肿瘤标本的高质量3D成像数据与复杂的数学公式配对，研究人员说，他们现在有了一个可以准确代表肿瘤内部血液运输的模型，包括复杂的血流，氧合作用和发生的结构变化。
这项工作于3月27日发表在《自然科学报告》上。
该研究的负责人Arvind Pathak博士说，开发该项目是出于解决癌症生物学在生长和发展中的复杂性的需要。他看到了对更好的预测模型的需求，因为许多现有模型都采用了肿瘤血管复杂几何结构的基本近似方法。
肿瘤“微环境”的表象不佳使模型和基于模型的研究不够准确。因此，我想，我将如何利用自己的影像专业知识来改善建模者可获得的信息？约翰·霍普金斯大学医学院放射学和生物医学工程副教授，约翰·霍普金斯·金梅尔癌症中心的成员帕塔克说。
为了创建一个更精确地反映肿瘤结构和行为的模型，他的研究小组向小鼠植入了人类乳腺肿瘤细胞，并使用3D磁共振显微镜和micro-CT成像对产生的肿瘤进行了成像。这些高分辨率的3D图像提供了有关肿瘤体积及其血管网络结构的详细信息。
绘制出潜在的血管结构图后，Pathak和他的研究小组从科学文献中搜寻了有关这些结构在生命系统中如何表现的信息。具体来说，他们搜寻的研究包括对血压，血流量和血管体积的测量，这些测量与他们的肿瘤相似。
利用这些信息，该小组与约翰·霍普金斯大学医学院生物医学工程系的亚历山大·波普尔的系统生物学实验室合作，开发了一套旨在代表肿瘤这些方面的数学公式。他们通过将先前发表的研究中的数据与他们收集的信息相结合来做到这一点。
Pathak说：“基于图像的模型包含有关整个肿瘤的预测血流和血管内氧合的数千个数据点。”
该小组的下一个挑战是使他们所收集的信息易于查看和理解，这很大程度上是基于网络的地理地图可以很容易地看到并覆盖各种有用的信息，例如旅行时间，交通活动，绕道而行和平均速度。
Pathak说：“我们必须创造一种全新的方式来表示我们生成的信息，这样它才有意义，而又不会使那些需要了解和使用它的人感到不知所措。”
为此，Pathak聘请了系统生物学实验室的机械工程师兼博士后研究员Akanksha Bhargava博士，以Spyros Stamatelos博士建立的数学模型为基础。“我们集思广益，想出了各种方法来将建模结果叠加到基础血管几何结构上，而又不影响数据的复杂性和丰富性，” Bhargava说。
他说，结果是每个肿瘤的血管网络的3D表示，并通过彩色编码的图谱显示了通过供血的血管的类似流量的血液运动。帕塔克说：“它看起来非常像Google Maps，它的血管部分就是街道，每个部分的血流量类似于沿着每条街道的流量。”他说，与映射应用程序一样，该模型为研究人员提供了在任何给定时间更精确地描述肿瘤内发生的情况的模型。这些引人注目的可视化已经引起了科学界的关注，并被MRC伦敦医学科学研究所誉为“当今的生物医学图片”。
帕塔克（Pathak）说，研究小组计划将这些图像免费提供给科学界用于研究目的。可以使该模型具有交互性，以便用户可以更改诸如血管宽度之类的参数，以观察对血流的影响以及对肿瘤的药物或其他治疗方法的输送。
研究人员警告说，该方法尚不直接适用于人类肿瘤。但是，Pathak说：“随着我们在诊所中获得高分辨率图像的能力的提高，我们希望可以将该工具进行调整，以提供一种非侵入性的方式来预测单个患者的癌症行为并定制其治疗方法。”
目前，该模型应该对生物工程师和癌症生物学家来说是有用的，它可以更轻松地“在计算机上”研究肿瘤生物学的各个方面，并进行潜在疗法的测试。
