Nové počítačové modelování by mohlo vědcům pomoci lépe porozumět tomu, jak se sítnice regeneruje, a otevřít tak dveře novým způsobům léčby ztráty zraku, uvádí studie z University of Surrey.
První model svého druhu je schopen podrobně popsat, jak může sítnice – vrstva citlivá na světlo v zadní části oka – vybudovat svou složitou strukturu pouze z jednoho typu kmenových buněk, čímž prohloubí naše chápání toho, jak se zrak vyvíjí a jak by jeho vývoj mohl být zdrojem informací pro studie zranění nebo nemoci.
Pomocí pokročilého modelování založeného na agentech výzkumný tým simuloval klíčové fáze retinogeneze – proces, při kterém se identické progenitorové buňky diverzifikují do šesti typů neuronů, které tvoří sítnici.
Model ukazuje, jak jednoduchá genetická pravidla a jemná náhodnost spolupracují na vytvoření přesné vrstvené architektury sítnice, což je struktura nezbytná pro to, jak vidíme.
Příspěvek byl prezentován na IWWBIO 2025 a publikován v Lecture Notes in Computer Science (LNCS).
Cayla Harris, vedoucí výzkumná pracovnice z University of Surrey’s Nature Inspired Computing and Engineering Group, řekla:
„Krása biologie spočívá v tom, že složité struktury mohou vycházet z jednoduchých pravidel. Naše simulace ukazují, jak se geneticky identické buňky mohou prostřednictvím vnitřní zaujatosti a náhody samy organizovat do vysoce uspořádaných vrstev sítnice – což je vzorec, který je základem toho, jak vidíme svět.“
Pomocí softwarové platformy BioDynaMo tým modeloval virtuální „buňky“, které rostou, dělí se a rozhodují o osudu na základě vnitřní logiky genové regulace, napodobující biologické chování. Testovali různé návrhy sítí pro to, jak mohou geny interagovat, když se buňky rozhodují, jakým druhem neuronu se stanou.
Dva konkrétní návrhy – nazývané modely Reentry a Multidirectional – reprodukovaly skutečná biologická data nejpřesněji, což naznačuje, že buňky sítnice mohou rozhodovat o svém osudu prostřednictvím překrývajících se a flexibilních genetických drah, spíše než pevné sekvence.
Tento přístup by mohl výzkumníkům pomoci lépe porozumět nejen zdravému vývoji oka, ale také tomu, co se děje při onemocněních sítnice a při regenerativním výzkumu zkoumajícím, jak by kmenové buňky mohly obnovit tkáň.
Výpočetní modelování nám poskytuje účinný způsob, jak prozkoumat biologické procesy, které nemůžeme snadno pozorovat v reálném čase. Simulací rozhodnutí a interakce každé buňky můžeme testovat hypotézy o tom, jak se tkáně jako sítnice tvoří – a jak je obnovit, když jsou poškozené.“
Dr. Roman Bauer, hlavní autor studie, University of Surrey
Tento výzkum je podporován Radou pro výzkum inženýrských a fyzikálních věd (EPSRC).
Cayla Harris dodala:
„Myslíme si, že náš výzkum je krokem vpřed v propojení genetiky, výpočtů a vývojové biologie k pochopení jedné z nejsložitějších nervových struktur v těle.“
Zdroj:
Odkaz na deník:
Harris, C., a kol. (2025). Modelování vývoje sítnice pomocí agentů. Poznámky z přednášek z informatiky. doi: 10.1007/978-3-032-08452-1_6. https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-032-08452-1_6
