Un nuovo modello computazionale sviluppato dai ricercatori del City College di New York e Yale fornisce un quadro più chiaro della struttura e della meccanica di cellule che cambiano forma che potrebbero fornire una migliore comprensione della crescita del tumore canceroso, guarigione delle ferite, e sviluppo embrionale.

Mark D. Shattuck, professore di fisica al Benjamin Levich Institute del City College, ei ricercatori di Yale hanno sviluppato il nuovo modello computazionale efficiente. Consente alle particelle simulate di cambiare forma realisticamente conservando il volume durante le interazioni con altre particelle. I loro risultati appaiono nell'ultima edizione di Lettere di revisione fisica .

Sviluppo di simulazioni al computer di particelle, come granelli di sabbia e cuscinetti a sfera, è semplice perché non cambiano facilmente forma. Fare lo stesso per le cellule e altre particelle deformabili è più difficile, e i modelli computazionali attualmente utilizzati dai ricercatori non catturano con precisione il modo in cui le particelle morbide si deformano.

Il modello computazionale sviluppato da Shattuck e dall'investigatore capo di Yale, Corey O'Hern, traccia i punti sulle superfici delle celle poligonali. Ogni punto della superficie si muove indipendentemente, in accordo con l'ambiente circostante e le particelle vicine, permettendo alla forma della particella di cambiare. È più impegnativo dal punto di vista computazionale rispetto alle simulazioni attuali, ma necessario per modellare correttamente la deformazione delle particelle.

"Ora disponiamo di un modello computazionale efficiente ed accurato per studiare come discreti, pacchetto di particelle deformabili, " Ha detto Shattuck. Consente inoltre ai ricercatori di regolare facilmente le interazioni cellula-cellula, considerare il movimento diretto, e può essere utilizzato sia per sistemi 2-D che 3-D.

Un risultato inaspettato del modello mostra che le particelle deformabili devono deviare da una sfera di oltre il 15% per riempire completamente uno spazio.

"Nel nostro nuovo modello, se non viene applicata alcuna pressione esterna al sistema, le particelle sono sferiche, " O'Hern ha detto. "Come la pressione è aumentata, le particelle si deformano, aumentando la frazione di spazio che occupano. Quando le particelle riempiono completamente lo spazio, saranno deformati al 15%. Che si tratti di bolle, goccioline, o cellule, è un risultato universale per soft, sistemi di particelle".

Tra le altre applicazioni, questa tecnologia può fornire ai ricercatori un nuovo strumento per esaminare come i tumori cancerosi metastatizzano. "Ora possiamo creare modelli realistici dell'impaccamento delle cellule nei tumori utilizzando simulazioni al computer, e porre domande importanti come se una cellula in un tumore debba cambiare forma per diventare più capace di muoversi e alla fine lasciare il tumore".