Permukaan sel normal dan kanser - fraktal dimensi yang berbeza • Yuri Yerin • Berita Sains mengenai "Elemen" • Fizik, Perubatan, Matematik

Permukaan sel normal dan kanser – fraktal dimensi yang berbeza

Rajah. 1. (a), (bA) Topografi permukaan sel kanser (kanser) dan normal (normal), yang diperolehi menggunakan mikroskop berkuat kuasa atom. Warna permukaan menetapkan ketinggian lokasinya di atas paras sifar yang sebelum ini ditentukan oleh jarum mikroskop berkuatkuasa atom. Ketinggian diukur dalam nanometer (10-9 m). (e), (fPeta adhesi (adhesi – adhesi) permukaan sel normal dan kanser (visualisasi data mengenai pengedaran daya lekatan jarum mikroskop atom atom dengan setiap titik permukaan sel normal dan kanser). Kekuatan diukur dalam nanonews. Bar skala panjang 1 mikrometer (10-6 m). Gambar dari artikel dibincangkan di Fiz. Wahyu Lett.

Pada akhir 90-an abad yang lalu, ia telah menyarankan bahawa tumor dan sel-sel kanser berada dalam struktur mereka "sama-sama" angka – fraktal. Hasil kajian menguji hipotesis ini tidak konsisten. Dan baru-baru ini, satu pasukan saintis dari Amerika Syarikat, menggunakan mikroskop daya atom, mendapati sel-sel epitelium normal dan kanser serviks menunjukkan tingkah laku fraktal yang berlainan pada nanoscale. Para penyelidik mendapati bahawa jika anda mengukur kekuatan pada setiap titik dalam sel,dari mana jarum mikroskop berkekuatan atom melekat pada permukaannya, dan kemudian memvisualisasikan data sebagai sejenis peta, maka angka yang dihasilkan akan berubah menjadi fraktal; Walau bagaimanapun, untuk sel normal dan kanser, dimensi fraktal ini akan berbeza dengan ketara.

Fraktal adalah angka yang "serupa dengan diri sendiri" yang mengulangi strukturnya apabila skala meningkat atau berkurang (lihat galeri fraktal). Pada pandangan pertama, nampaknya semua komposisi ini adalah objek abstrak yang tidak ada hubungannya dengan realiti. Malah, tingkah laku fraktal juga ditunjukkan oleh fenomena semula jadi, berkaliber yang paling pelbagai, bermula dengan "seni bina" Alam Semesta dan berakhir dengan bentuk garis pantai, pokok, awan, struktur logam, keramik dan mineral yang berbutir.

Perbezaan utama antara fraktal dan bentuk geometri lain ialah dimensi pecahannya. Adalah diketahui bahawa garis mempunyai satu dimensi iaitu dimensi adalah 1, permukaan dua dimensi (dimensi adalah 2), dan bentuk tiga dimensi adalah objek tiga dimensi (masing-masing, dimensi adalah 3).

Dalam pengertian ini, fraktal adalah angka-angka yang menduduki niche antara garis dan permukaan (dimensi berubah dari 1 hingga 2) atau permukaan dan angka tiga dimensi (dimensi berbeza dari 2 hingga 3).Dalam erti kata lain, fraktal bukan satu garis, atau permukaan, atau objek tiga dimensi, tetapi sesuatu di antara mereka (dalam keadilan perlu diperhatikan bahawa, bagaimanapun, terdapat sejumlah kecil fraktal, dimensi yang merupakan integer).

Tanpa pergi ke butiran mengapa fraktal mempunyai harta sedemikian, kami akan memberikan beberapa contoh. Dimensi lengkung Koch adalah kira-kira 1.262; Sierpinski segitiga – kira-kira 1.58. Garis pantai Great Britain dan Norway mempunyai dimensi 1.25 dan 1.52, masing-masing. Kubis Romanesco (mirip dengan kembang kol dan brokoli) juga fraktal, dengan dimensi 2.66. Permukaan otak manusia mempunyai dimensi fraktal sebanyak 2.7.

Pada tahun 1997, saintis Austria menegaskan bahawa pertumbuhan tumor kanser dapat digambarkan jika kita menganggap bahawa formasi ini adalah fraktal. Kemudian beberapa karya eksperimen telah diterbitkan, di mana penulis mengamati tingkah laku fraktal perimeter tumor kanser, yang seolah-olah menyokong andaian ini. Tetapi pada masa yang sama, penyelidik lain menggambarkan eksperimen dalam artikel mereka, hasil yang membantah pemerhatian ini.Kajian serupa dijalankan dengan perimeter sel-sel kanser silang, bagaimanapun, di sini keputusan tidak konsisten.

Dan baru-baru ini, satu pasukan saintis dari Amerika Syarikat dalam artikelnya dalam jurnal Surat Pemeriksaan Fizikal menunjukkan bahawa kanser sebenarnya menimbulkan struktur fraktal. Hanya struktur ini bukan tumor makroskopik dan bukan perimeter sel-sel silang sel, tetapi permukaannya.

Para saintis mempunyai sel-sel epitelium serviks dari serviks (kira-kira 300) yang diperoleh daripada 12 orang semasa menjalani biopsi, di mana separuh adalah kanser dan separuhnya sihat.

Menggunakan mikroskop berkuat kuasa atom, imej permukaan sel (topografi) dan peta lekatan permukaan diperoleh, iaitu, data mengenai pengedaran (daya lekat) daya di sepanjang permukaan sel, dengan jarum mikroskop berkuat kuasa atom berinteraksi dengan kenalan diberi titik permukaan objek yang sedang disiasat (Rajah 1).

Empat gambar yang dihasilkan diproses oleh kaedah matematik untuk menentukan sama ada ia adalah fraktal dan jika demikian, apakah dimensi mereka.Analisis tingkah laku fraktal permukaan yang ditunjukkan dalam Rajah 1 dan peta lekatan mereka dilakukan pada skala 40 hingga 300 nm.

Had ini pada selang kerana saiz terhingga dari data yang diperolehi daripada mikroskop berkuatkuasa atom. Hakikatnya adalah bahawa setiap imej di atas telah didigitalkan dan oleh itu mempunyai resolusi tertentu. Oleh itu, adalah mungkin untuk memahami sama ada permukaan adalah fraktal hanya sehingga saiz kawasan dianalisis menjadi sama dengan satu piksel. Sebagai contoh, mikroskop berkuat kuasa atom mencatatkan imej dengan dimensi 5 hingga 5 mikrometer dalam format 256 × 256 piksel. Ia mengikuti bahawa tingkah laku fraktal, jika ada, boleh ditetapkan pada skala antara 5 mikrometer hingga 5/256 ≈ 20 nm.

Selepas pemprosesan matematik imej, didapati bahawa dalam julat yang dinyatakan (40-300 nm), dua angka pertama yang menggambarkan topografi sel normal dan kanser (Rajah 1a, b) adalah fraktal, manakala dimensi mereka hampir sama antara satu sama lain. Dua gambar lain (Rajah 1e, f), menggambarkan pengagihan kekuatan melekat permukaan sel normal dan kanser, juga ternyata menjadi fraktal dan, yang paling penting, menunjukkan perbezaan yang signifikan dalam dimensi fraktal.

Untuk mengesahkan kesahihan keputusan, penulis membina histogram dimensi fraktal peta lekat sel-sel normal dan kanser.

Rajah. 2 Pengagihan dimensi fraktal peta pelekat biasa (warna ungu) dan kanser (warna merah) sel. Gambar dari artikel dibincangkan di Fiz. Wahyu Lett.

Adalah mudah untuk melihat kegagalan antara dimensi fraktal kedua-dua kategori sel. Parameter ini, menurut saintis, membolehkan kita membezakan sel kanser dari yang sihat. Sekiranya berlaku, kami menekankan sekali lagi bahawa dalam kes ini, fraktal tidak bermakna permukaan sel, tetapi angka yang dicipta daripada data mengenai pengedaran daya melekat pada permukaannya.

Malangnya, para saintis tidak faham dengan baik mengapa hanya perekatan sangat sensitif terhadap keganasan sel. Oleh itu, untuk mengetahui sebab sebenar kesan yang diperhatikan, penulis artikel itu mengharapkan untuk meneruskan penyelidikan mereka.

Sumber: M.E.Dokukin, N.V. Guz, R.M. Gaikwad, C.D. Woodworth, I. Sokolov. Permukaan Sel sebagai Fraktal: Sel-sel Normal dan Kanser Menunjukkan Kelakuan Fraktal Berbeza Peta Melekat Permukaan di Nanoscale // Fiz. Wahyu Lett. 2011. 107, 028101.

Yuri Yerin


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: