光学神経筋炎の細胞腫脹の数学モデル

視神経脊髄炎（NMO）は、視神経と脊髄の主要な損傷を特徴とする中枢神経系の重度の神経炎症性疾患です。大多数の患者に見られる病原性抗体は、星状細胞末端のAQP4チャネルを標的にし、細胞を膨張させます。この疾患の病態生理学は広く知られていますが、攻撃中および長期的な神経損傷の予測の両方で、このプロセスの臨床的に入手可能な正確な予後マーカーに対して特定の標的治療はありません。この欠如は、一部には、病気の希少性とその比較的最近の病原性の明確性のためです。したがって、シリコで将来の治療法をテストするために状態の進行を数学的にモデル化する能力は一歩前進します。このペーパーでは、ニューロンと星状細胞における細胞代謝と細胞毒性浮腫の最先端モデルを組み合わせて、細胞膜を横切る水輸送の詳細な特性評価でそれを増強します。特に、ヒト補体カスケードと結果として生じる水とイオンフラックスを介して、細胞の穿孔のプロセスを捉えます。抗体とヒト補体を細胞外空間に注入することによりNMOをシミュレートすることで、発症後12時間後に星状細胞体積が25％増加することが示されました。体積の変化のほとんどは、シミュレーションの最初の30分間に発生し、ピークボリュームが38％変化しました。このモデルは、CD59の治療可能性をシミュレートするためにさらに適応しました。星状細胞の腫れを防ぐことができるCD59濃度の閾値があることがわかった。星状細胞の体積は主に最初の1時間中に変化するため、さらなる実験作業は、モデルの改良と検証のためのデータを提供するために、この時間スケールに焦点を合わせる必要があります。

Neuromyelitis Optica (NMO) is a severe neuro-inflammatory disease of the central nervous system characterized by predominant damage to the optic nerve and of the spinal cord. The pathogenic antibody found in the majority of patients targets the AQP4 channels on astrocytic endfeet and causes the cells to swell. Although, the pathophysiology of the disease is broadly known, there are no specific targeted treatments for this process clinically available nor accurate prognostic markers both during attacks and for predicting long term neuronal damage. This lack is, in part, due to the rarity of the disease and its relatively recent pathogenic clarity. Hence, the ability to mathematically model the progress of the condition to test prospective therapies in silico would be a step forward. This paper combines state of the art models of cellular metabolism and cytotoxic oedema in neurons and astrocytes and augments it with a detailed characterization of water transport across the cellular membrane. In particular, we capture the process of perforation of the cell through the human complement cascade and resulting water and ionic fluxes. Simulating NMO by injecting its antibody and human complement into the extracellular space showed a 25% increase of the astrocytic volume after 12 h from onset. Most of the volume change occurred during the first 30 min of simulation with a peak volume change of 38%. The model was further adapted to simulate the therapeutic potential of CD59. It was found that there is a threshold of CD59 concentration that can prevent the swelling of astrocytes. Since the astrocyte volume changes mostly during the first hour, further experimental work should focus on this time scale to provide data for further model refinement and validation.