طور الباحثون في جامعة كاليفورنيا - سان دييغو أداة جديدة تسمى SMART، وهي برنامج قادر على محاكاة شبكات الإشارة الخلوية المعقدة بدقة، هذا البرنامج، الذي تم اختباره عبر أنظمة بيولوجية متعددة، يعزز فهم الاستجابات الخلوية ويسهم في تقدم الأبحاث في مجالات مثل علم الأحياء النظامي وعلم الأدوية.

تطوير أداة SMART لمحاكاة الشبكات الخلوية

قام فريق من الباحثين في جامعة كاليفورنيا - سان دييغو (UCSD) بتطوير أداة برمجية جديدة تسمى Spatial Modeling Algorithms for Reactions and Transport (SMART). هذه الأداة المبتكرة قادرة على محاكاة شبكات الإشارة الخلوية بدقة، وهي الأنظمة المعقدة من التفاعلات الجزيئية التي تمكن الخلايا من الاستجابة للإشارات القادمة من بيئتها.

تتميز هذه الشبكات بتعقيدها بسبب تعدد الخطوات التي تشملها والأشكال الثلاثية الأبعاد للخلايا ومكوناتها، مما يجعل محاكاتها باستخدام الأدوات الحالية أمرا صعبا. هنا يأتي دور SMART، الذي يعالج هذه التحديات، مما يعد بتسريع الأبحاث في مجالات مثل علم الأحياء النظامي و علم الأدوية والهندسة الطبية الحيوية.

اختبار أداة SMART في أنظمة بيولوجية متعددة

تمكن الباحثون من اختبار SMART بنجاح عبر عدة أنظمة بيولوجية، بما في ذلك استجابات الخلايا للإشارات اللاصقة، وإطلاق الكالسيوم في خلايا الأعصاب وخلايا عضلة القلب، بالإضافة إلى إنتاج ATP (العملة الطاقية في الخلايا) ضمن نموذج ميتوكوندري مفصل. بفضل قدراته في المحاكاة الدقيقة والمرنة والفعّالة، يفتح SMART آفاقا جديدة لفهم سلوك الخلايا وتطوير العلاجات للأمراض البشرية.

إمكانيات جديدة لفهم السلوك الخلوي

يعرض الفيديو المرفق محاكاة باستخدام SMART تُظهر ديناميكيات إطلاق الكالسيوم داخل خلايا القلب. هذه العملية أساسية لانقباض عضلات القلب، مما يعكس أهمية البرنامج في فهم الآليات البيولوجية الدقيقة.

أُجريت الدراسة التي نُشرت اليوم (19 ديسمبر) في Nature Computational Science بقيادة إيميت فرانسيس، باحث ما بعد الدكتوراه في الجمعية الأمريكية للتعليم الهندسي، وذلك ضمن مجموعة البحث التي تشرف عليها بدميني رانغاماني، أستاذة في قسم علم الأدوية في كلية الطب بجامعة سان دييغو و قسم الهندسة الميكانيكية والطيران في مدرسة جاكوبس للهندسة بجامعة سان دييغو. تم كتابة النسخة الأولية من هذا البرنامج بواسطة جاستن لافلين، طالب دراسات عليا سابق في مجموعة رانغاماني.

تعد أداة SMART قفزة نوعية في مجال محاكاة الشبكات الخلوية، حيث توفر أداة مرنة ودقيقة لتمكين المحاكاة المتقدمة التي من شأنها تعزيز فهمنا للسلوك الخلوي ودفع تطوير العلاجات للأمراض البشرية.