東京大學發表以數學定義細胞死亡的論文,論述細胞跨越三途川的定義

日本以「三途川」作為形容陰、陽兩界的界線,作為敘述死亡的名詞;東京大學理學系研究科公布一篇論文,以數學的方式解釋細胞之死,用數學的方式定義細胞的死亡與確認細胞死亡的方法,並將區分細胞生與死的界線敘述為三途川。

東京大學的研究團隊指出目前進行細胞死亡的實驗與判定細胞死亡的標準相當多,不過多是以基於細胞生命活動的面向,但對於細胞死亡沒有一個基準,也缺乏對於細胞死亡的理論研究;該團隊聚焦在如何利用數學定義死亡的現象,把重點放在控制細胞狀態與環境條件的可能性,能夠控制回到細胞活著的狀態定義為活著,無法返回的狀態稱為死亡,作為界線的正是日本習俗的「三途川」。

在研究中以專注「催化反應不改變平衡狀態」的催化反應定律,並開發稱為「化學計量設線」的數學方式計算催化反應系統的約束全局非線性可控性,以此為基礎成功計算細胞的生與死的區域,並以SANZ(生死區域)表面的邊界、也就是論述中指稱的三途川,一旦跨越這道臨界點,就意味著細胞死亡。

▲以玩具代謝系統模型為例,自外部攝取X物質進行轉化為Y物質的過程倘若已流失X物質、意味著細胞處於非活性狀態等同死亡

在新聞稿中以簡單的玩具代謝系統模型舉例,透過四個零組件構成,自外部攝取X的物質轉化為Y物質,並在代謝過程產生ATP,其中X流向Y使得ATP濃度較高的稱為活性狀態,流出過程中X被排出導致ATP降低則稱為非活性狀態。以質量恆定三變量模型在三個為杜描繪物質濃度表示的狀態空間,利用化學計量射線計算進行證明,無論如何控制酵素濃度或外部營養物質濃度,非活性物質都無法恢復到活性狀態,證明非活性狀態即是死亡狀態。

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