Princeton University Wissenschaftler und Forscher im team zu erkunden, Krebs evolution

Princeton University, Princeton, körperliche Wissenschaftler wird gemeinsam mit Forschern an vier anderen Institutionen zu erforschen, die die treibenden Kräfte hinter der Entwicklung von Krebs unter einem fünf-Jahres -, $15,2 Millionen award von der National Cancer Institute.

Der Princeton-Universität Physical Sciences-onkologiezentrum ins Leben gerufen wurde. Okt. 26 als eines von 12 Zentren in das Institut das neue Netzwerk der Naturwissenschaften-Onkologie-Zentren. In Zusammenarbeit mit der Princeton: Universität von Kalifornien-San Francisco; the Johns Hopkins Hospital, der University of California-Santa Cruz; und die Salk Institut für Biologische Studien in La Jolla, Kalifornien.

Das Zentrum verfolgt das Ziel zu verstehen, die explosive evolution von Krebs unter stress in einen tiefen theoretischen und experimentellen Ebene, die durch die Nutzung der stärken in ein interdisziplinäres team von Physikern, Ingenieuren, Chemikern, Biochemikern und Onkologen. Mit einem Physik-basierten Ansatz, das team will, um besser zu begreifen, die Regeln oder Gesetze, die bestimmen, wie Krebs sich entwickelt, die vielleicht eines Tages informiert völlig neue Behandlungsansätze.

„Die Sterblichkeitsrate für viele Krebsarten sind flach zu steigen,“ sagte Robert Austin, der Mitte des principal investigator und ein Princeton-professor der Physik. „Es ist wahr, dass die Menschen Leben länger als früher Leben, aber in der Ende, der Krebs gewinnt die meisten der Zeit. Unsere aktuelle „shock and awe“ – Ansatz zur Behandlung ist vielleicht nicht die beste Sache zu tun-wir gehen hinter der kleinen Populationen der hoch resistenten Zellen.“

Dieser Kurs kann wiederum dazu beitragen, die Entwicklung von hartnäckigen Krebs Wiederauftreten. Denn es ist fast unmöglich, jede einzelne zu töten Krebszellen im Körper, die, die überleben den stress der Chemotherapie und Bestrahlung oft durchgemacht haben, Mutationen, machen Sie resistent gegen herkömmliche Behandlungen, in der Lage schnelle Reproduktion und daher äußerst gefährlich.

„Die Entwicklung von Krebs ist die Achillesferse der Behandlung von Krebs,“ sagte Thea Tlsty, der center ist co-principal investigator und professor für Pathologie an der Universität von Kalifornien-San Francisco. „Es ist der Grund, warum wir nicht umgehen können Metastasen oder Resistenzen; es ist die Sache, die Menschen töten. Wir sind der Auseinandersetzung mit diesen wichtigen Fragen-wie funktioniert evolution führen zu der Bildung von Metastasen und Widerstand, und wie können wir der evolution zu verzerren das Ergebnis auf eine andere Weise?“

Forschung in der Mitte hängt die Verwendung von mikrofabrikationsverfahren Techniken zum erstellen komplexer Lebensräume, die nie dagewesene Möglichkeiten bieten, zu manipulieren, viele Variablen auf einmal an und beobachten, wie die Zellen reagieren, so dass das team um zu bestimmen, wie verschiedene Bedingungen fördern oder hemmen die schnelle Krebs-Entwicklung und tumor-Bildung.

Die Ergebnisse, die Sie erhalten, informieren Sie über die Entwicklung von ausgefeilten computer-Modellen simulieren, dass Tumorwachstum und vorherzusagen, wie und Wann bestimmte Tumoren möglicherweise in umgebendes Gewebe einzudringen. Daten aus diesen Simulationen wird im Gegenzug vorschlagen, neue Fragen zu stellen und zu erforschen.

„Ein ambitioniertes Ziel ist die Schaffung einer ‚in-silico‘ wachsenden tumor, was bedeutet, ein realistisches Modell auf dem computer, das könnte vermuten lassen, neue Experimente, testen von neuen Hypothesen, Vorhersagen, Verhalten bei experimentell nicht beobachtbaren Situationen, und werden eingesetzt zur Früherkennung“, sagte team-Mitglied Salvatore Torquato, ein professor in der Abteilung von Chemie, dem Princeton Institut für Wissenschaft und Technologie von Materialien und der Princeton Center for Theoretical Science. „Da gehen Sie hin und her zu verfeinern, die Experimente und die theoretischen Modelle, Sie kommen zu einem wirklichen Verständnis von Krebs. Und das ist das, was wir würden letztlich gerne tun.“

Die experimentellen microhabitats, entwickelt gemeinsam zwischen den Labors von Austin und James Sturm, professor der Elektrotechnik und Direktor des Princeton-Instituts für die Wissenschaft und Technik von Materialien, die sind konstruiert, die auf chips von Silikon oder Polydimethylsiloxan (PDMS), ein Silizium-basierten Kunststoff. Mit einer Reihe von Brunnen, nur 10 bis 100 Mikrometer in der Größe (ein menschliches Haar ist etwa 100 Mikrometer im Durchmesser), erlauben die Geräte für das Wachstum von verschiedenen, aber miteinander verbundenen Populationen von Zellen. Ultrasmall Kanäle Verknüpfung der Fächer zusammen, die Bereitstellung von Möglichkeiten für Zellen, die in verschiedenen communities zu bewegen und mit anderen interagieren. Einen bestimmten chip enthalten kann, die Dutzende bis Hunderte von miteinander verbundenen Vertiefungen, die jeweils fähig Gehäuse aus Hunderten von Zellen.

Eine Reihe von Ventilen und Pumpen auf die chips ermöglichen die Lieferung von einer Vielzahl von mechanischen und chemischen Stressfaktoren wie extremen Druck oder Chemotherapeutika, die an verschiedenen Populationen von lebenden Zellen unter verschiedenen Bedingungen, einschließlich der Gradienten der Temperatur und der Verfügbarkeit von Ressourcen.

„Ein tumor ist ein heterogenes Ding mit vielen verschiedenen metapopulationen von Zellen im inneren,“ Austin sagte. „Wir versuchen, uns zu repräsentieren, die biologische Umgebung des Tumors, und hoffentlich verstehen die Regeln, nach denen ein tumor sich entwickelt.“

Werden Experimente durchgeführt, an der Princeton sowohl mithilfe von Bakterienzellen, die Biofilme bilden können Analog zum menschlichen Gewebe, die verwendet werden können als Modell-Systeme und human cancer cell lines. Das research-team ist derzeit die Entwicklung von Technologien, um die Mikroskope, die völlig kontrollierbar aus der Ferne, so dass team-Mitglieder bei der partner-Institutionen für die Durchführung der versuche und erhalten Echtzeit-Daten über das Web.

Der Princeton-Universität Physical Sciences-Onkologie-Center-Forschung baut auf früheren Experimente von Austin und seine Mitarbeiter mit einem Silizium-mikroumgebung zur Untersuchung der evolution von E. coli-Bakterien. Das research-team bereits ist die Kultivierung der Prostata-Krebs-Zellen auf Silikon-und PDMS-chips, die Nutzung von Pumpen und Ventilen zu regenerieren, das Wachstum Mittel.

Zu erstellen, die realistische Darstellungen des menschlichen Gewebes, die microhabitats in der Entwicklung weitaus komplexer als die derzeit vorhandenen chips. Eine Schlüssel-Herausforderung an die Adresse der Optimierung der Nutzung der biologischen Matrix auf die chips, um Sie äußerst günstig für das Wachstum von säugerzellen, Auslösung schnelle Entwicklung in relativ kurzer Zeit. Dieser Prozess kann auch erfordern die Entwicklung von neuartigen dreidimensionalen Fertigung Techniken.

Weitere Mitglieder der Forschungsgruppe sind David Botstein, Direktor des Princeton ‚ s Lewis-Sigler Institut für Integrative Genomik, führen wird, die das Zentrum der öffentlichkeitsarbeit und Bildung Bemühungen; David Haussler, professor der biomolekularen Technik und der Direktor des Center for Biomolecular Science and Engineering, und Nader Pourmand, ein Assistent professor für biomolekulare engineering, beide von der University of California-Santa Cruz; Robert Getzenberg, der Direktor der Forschung von James Buchanan Brady Urological Institute am Johns Hopkins Hospital; und Beverly Emerson, ein professor in Regulatory Biology Laboratory am Salk Institut für Biologische Studien.

Die anderen Zentren in das Nationale Krebs-Institut das neue Netzwerk basiert an der Arizona State University, der Cornell University, der H. Lee Moffitt Cancer Center & Research Institute, Johns Hopkins University, dem Massachusetts Institute of Technology, Memorial Sloan-Kettering Cancer Center, Northwestern University, the Scripps Research Institute, die University of California-Berkeley, der University of Southern California und der University of Texas Health Science Center in Houston.

„Indem Sie mit einem frischen Satz von Augen in der Studie von Krebs, diese neuen Zentren haben ein großes Potenzial Voraus, und manchmal Herausforderung, allgemein akzeptierten Theorien über Krebs und seine unterstützende mikroumgebung“, sagte National Cancer Institute Regisseur John Niederhuber. „Physiker denken in Bezug auf Zeit, Raum, Druck, Hitze und evolution in einer Weise, die wir hoffen, führt zu ein neues Verständnis von der Vielzahl der Kräfte, die für Krebs-und mit diesem Verständnis hoffen wir, zur Entwicklung neuer und innovativer Methoden, die auf die Verhaftung von Tumorwachstum und Metastasierung.“

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