Modelli virtuali polmonari Every Breath You Take - e il suo impatto

Marzo 29, 2016 Admin Salute 0 0
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Richland, Washington -. Un modello di polmone virtuale sviluppato presso il Dipartimento di Pacific Northwest National Laboratory può aiutare a prevedere l'impatto degli inquinanti sui sistemi respiratorio e fornire nuove intuizioni asma, una condizione che affligge 15 milioni di americani adulti, così come altre malattie polmonari .

Il modello di computer, chiamato il tratto respiratorio virtuale, fornisce una vista tridimensionale senza precedenti di come entrano inquinanti, viaggiare attraverso e raccogliere in tutto il sistema respiratorio. Modelli di sistema prototipo del PNNL il naso, laringe e polmoni di un topo. Gli sforzi sono in corso per modellare in modo simile ai sistemi respiratori di scimmie e gli esseri umani.

Capire gli impatti biologici di inquinamento è diventato più importante come disturbi respiratori sono aumentati, come dimostra il quasi raddoppio dei malati di asma dal 1980. Imparando particelle viaggiano attraverso i polmoni, gli scienziati possono progettare trattamenti che colpiscono con maggiore precisione la somministrazione di farmaci per le malattie polmonari. E, si può studiare come inquinanti impatto polmoni di persone sane rispetto a coloro che soffrono di disturbi respiratori.




"Abbiamo progettato uno strumento che aprirà nuove possibilità per comprendere come l'ambiente influenza il nostro corpo", ha detto Rick Corley, ricercatore principale e un tossicologo ambientale PNNL. "Le vie respiratorie virtuale è un risultato importante nella modellazione sistemi biologici. Sarà il trampolino per modellazione dettagliata degli organi del corpo come un sistema completo."

Utilizzando il tratto respiratorio virtuale, gli scienziati PNNL possono analizzare l'influenza di vari fattori, come la quantità di inquinanti o durata di esposizione, su sani contro polmoni malati manipolando il modello di computer. Ad esempio, possono cominciare a simulare come gas, vapori e particelle possono agire in modo diverso all'interno di polmoni di persone affette da fibrosi cistica, enfisema e asma.

Il modello è sufficientemente dettagliata per monitorare le singole particelle che si muovono nel sistema respiratorio del ratto. In realtà, dice Corley, eccezionale risoluzione del modello potrebbe guidare lo sviluppo e l'utilizzo di nuove tecnologie per misurare gli inquinanti e il loro potenziale impatto nel tratto respiratorio a precisione molto maggiore di quanto non sia attualmente possibile.

Scienziati PNNL progettato il tratto respiratorio virtuale altamente dettagliata combinando le potenti capacità del supercomputer, rapida modellazione al computer semi-automatico e sistemi di imaging di risonanza magnetica nucleare. L'apparecchiatura si trova nel William R. Wiley Ambientale Molecular Sciences Laboratory, una struttura utente DOE situato a PNNL.

Creazione del tratto respiratorio virtuale di PNNL iniziata nella struttura di risonanza nucleare magnetica spettrometro, che contiene strumenti in grado di produrre immagini di risonanza magnetica simili a quelli utilizzati in medicina diagnostica - ma caratterizzate da molto più alta risoluzione spaziale.

Con la tecnologia NMR, scienziati di laboratorio catturate le immagini delle vie respiratorie superiori di un topo e polmoni in dettaglio senza precedenti. Poi, un pacchetto software semi-automatico chiamato NWGrid analizzato i dati, ricostruito in un modello di computer e informazioni integrate per mostrare come i flussi d'aria che trasportano le particelle possono muoversi all'interno del tratto respiratorio ripreso durante la respirazione.

"Il programma della griglia ci consente di tradurre dati grezzi NMR in una immagine del computer molto rapidamente", ha dichiarato Harold Trease, PNNL fisico computazionale. "Siamo in grado di andare da insiemi di dati a un modello di lavoro in ore rispetto a settimane o mesi richiesti da altri approcci." Questa maggiore velocità ci consentirà di replicare gli studi più volte, che ci darà una maggiore precisione, o per ampliare i nostri studi e creare un database di informazioni sui polmoni sani e malati ".

Biomolecolare Initiative reti del laboratorio http://www.biomolecular.org ha sostenuto lo sviluppo delle vie respiratorie virtuale con circa 400.000 dollari in due anni. Nel prossimo terzo anno di ricerche, gli scienziati raffinare il modello utilizzando dati ottenuti con tecniche di imaging NMR di nuova concezione. Essi potranno anche continuare a collaborare con le altre istituzioni a livello nazionale, tra cui la University of California, Davis, che ha condotto una ricerca approfondita asma utilizzando modelli animali, e l'Università di programmi di biologia e bioingegneria polmonari di Washington.

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Richieste commerciali per la ricerca e le tecnologie PNNL devono essere indirizzate al 1-888-375-PNNL o e-mail: [email protected]

Pacific Northwest National Laboratory è una struttura di ricerca DOE e fornisce rivoluzionarie della scienza e della tecnologia in materia di ambiente, energia, salute, scienze fondamentali e la sicurezza nazionale. Battelle, con sede a Columbus, Ohio, ha operato il laboratorio per DOE dal 1965.

Calcolo fluidodinamica vista polmone umano: httpsmile //gallery.pnl.gov/mscf/ImageLib.nsf/ ($ All)/4ZPTCP OpenDocument

Programmi informatici griglia e mesh usati per creare polmone virtuale: http: //www.emsl.pnl.gov: 2080/docs/nwgrid /

Veduta di particella che si muove attraverso i polmoni con modello di computer NW griglia/NW maglia del PNNL: http://victoria.pnl.gov/mscf/ImageLib.nsf/by+id/VICA-4UU2AK?opendocument

PNNL capacità di scienza molecolare di calcolo: http: //www.emsl.pnl.gov: 2080/capabs/MSCF/index.html

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