科学家打造虚拟细胞实验室，革新活细胞研究测试方式

科学家们正在推进“虚拟细胞实验室”的构建，作为未来研究的测试平台。通过分析人类和动物细胞行为的数学模式，研究人员开发出一款计算机程序，能够模拟身体任何部位细胞的行为。这项研究由印第安纳大学、约翰霍普金斯医学院、马里兰大学医学院和俄勒冈健康与科学大学的团队共同领导，旨在为生物过程、药物反应及其他细胞动态提供更高效的预测和测试方法，从而减少对昂贵的活体细胞实验的依赖。 该程序基于名为PhysiCell的软件，其核心是“代理”模型，即模拟细胞行为的“数学机器人”，这些代理遵循细胞DNA和RNA的规则。每个细胞类型都被映射为一个代理，通过数字方式模拟其与周围环境、其他细胞及药物的互动。研究人员希望未来该程序能成为“数字孪生体”，用于测试药物对癌症或其他疾病的影响，研究脑部发育中的基因与环境互动，或模拟复杂的细胞分子过程。 PhysiCell的“新语法”让不懂编程的生物学家也能轻松使用，大幅缩短了建模时间。例如，过去需要数月编写代码，现在可在一两个小时内完成免疫学模型。该软件还能模拟空间转录组学，帮助科学家在3D组织和肿瘤模型中观察细胞的分布和功能。 研究团队利用来自艾伦脑图谱的数据，构建了首个脑发育模型。该项目由约翰霍普金斯大学的David Zhou和Zachary Nicholas完成。在一项验证实验中，研究人员模拟了巨噬细胞如何通过增强EGFR基因通路入侵乳腺肿瘤，结果与实验室中使用活细胞的观察一致。 目前，团队还在利用人工智能自动编写模拟模型，提升数据连接能力，推动医学研究中的“数字孪生”技术发展。他们希望未来能通过该平台优先筛选研究假设和治疗目标，从而更高效地进行实际实验。