Evolvoid: un algoritmo genético para dar forma a constructos celulares óptimos

Área de la Ciencia:

• Biología Computacional
• Biofísica

Sus antecedentes:

• Los modelos celulares precisos son cruciales para la función tisular y el descubrimiento de fármacos.
• Los modelos in vitro actuales (esferoides, organoides) son caros, de bajo rendimiento y carecen de reproducibilidad.
• Evolvoid es una canalización computacional que utiliza algoritmos genéticos para generar constructos celulares 3D virtuales.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un método rentable y reproducible para diseñar modelos celulares 3D.
• Optimizar las morfologías de los constructos celulares virtuales simulando principios biofísicos.
• Reducir la dependencia de modelos in vitro y animales en la investigación.

Principales métodos:

• Integra simulaciones de elementos finitos con principios evolutivos.
• Emplea algoritmos genéticos para evolucionar poblaciones de formas aleatorias.
• Utiliza una función de aptitud basada en la minimización de la energía superficial y la viabilidad celular bajo gradientes de oxígeno.

Principales resultados:

• Evolvoid genera constructos virtuales 3D similares a esferoides con morfologías optimizadas.
• La función de aptitud incorpora principios termodinámicos, transporte de nutrientes y captación celular.
• Los individuos evolucionados exhiben formas y tamaños similares a los esferoides in vitro.
• La entropía de Shannon rastrea la creciente complejidad del genoma, consistente con la dinámica evolutiva.

Conclusiones:

• Evolvoid es una plataforma modular, escalable y ajustable para el diseño in silico de modelos celulares 3D.
• Permite la creación de gemelos digitales de alta fidelidad de sistemas biológicos.
• Apoya los avances en tecnologías de laboratorio en un portátil y Nuevas Metodologías de Ensayo (NAMs).