컴퓨터 모형이 겸상 적혈구증(sickle cell disease)에 걸린 적혈구 내부에서 일어나는 일에 대해 자세히 보여준다. Biophysical Journal에 실린 그 모형은 전세계적으로 수백만 명이 겪고 있는 그 유전성 혈액 질병과 싸우는 약물 전략들을 평가하는데 도움이 될 것이다.

겸상 적혈구증은 헤모글로빈에 영향을 준다. 정상적인 적혈구에서, 헤모글로빈은 그 세포 전체에 고루 분포한다. 겸상 적혈구증에서, 돌연변이된 헤모글로빈은 산소가 고갈되었을 때 중합해서, 긴 중합 섬유로 조립되어서, 그 세포의 막을 밀어내서 모양을 일그러지게 한다. 그 단단하고, 변형된 세포들은 몸의 모세혈관에 끼어서, 겸상 적혈구 위기라고 알려진 고통스런 증상으로 이어질 수 있다.

그 연구의 목표는 이들 겸상 헤모글로빈 섬유가 어떻게 형성되는 지와 그 섬유들의 기계적인 성질들을 모형화하는 것이다. 그 모형은 겸상 헤모글로빈 분자들이 어떻게 거동하고 서로 결합하는지에 대한 상세한 생물기계학적인 자료를 이용해서 중합 섬유의 조립을 시뮬레이션한다. 각각의 분자의 세부사항을 이용해서 세포 수준에서 전체 중합 섬유를 모형화하는 것은 컴퓨터 계산 비용이 너무 많이 든다. 그 연구자들은 MARS(mesoscopic adaptive resolution scheme)이라고 부르는 것을 적용해서 이 문제를 풀었다. MARS는 새로운 분자들이 그 섬유에 붙게 되는 중합 섬유의 말단에서만 개별 헤모글로빈 분자의 세부적인 동력학을 계산한다. 일단 섬유의 네 개 층이 만들어지면, 그 모형은 자동적으로 그 영역에 대한 해상도를 낮춘다. 그 모형은 그 섬유가 기계적으로 어떻게 거동하는지에 대한 중요한 정보는 유지하지만, 각각의 구성 분자들에 대한 세부사항은 얼버무린다. 이 새 모형 접근법은 세포 안에서 어떻게 다른 섬유 구조들이 다른 세포 모양을 만들어내는지에 대한 새로운 세부사항을 보여주었다.

겸상 적혈구증에 대해서 FDA의 승인을 받은 약물은 두 가지가 있다. 그 중의 하나인 하이드록시우리아(hydroxyurea)는 환자의 혈액에서—아기가 태어날 때 가지고 태어나는 헤모글로빈 종류인—태아 헤모글로빈의 양을 촉진시킴으로써 작용하는 것으로 여겨진다. 태아 헤모글로빈은 중합에 내성을 가지고, 충분한 양이 있으면 겸상 적혈구 헤모글로빈의 중합화를 방해하는 것으로 생각된다.

이 새로운 모형을 이용해서, 그 연구자들은 이제 태아 헤모글로빈을 포함하는 시뮬레이션을 할 수 있다. 그 시뮬레이션은 태아 헤모글로빈이 실제로 중합화를 방해하는지를 확인하는 것을 도울 수 있고, 또한 얼마나 많은 태아 헤모글로빈이 필요한지를 밝히는데 도움이 될 것이다. 이것은 더 나은 용량 지침을 확립하거나 새롭고 더 효과적인 약물들을 개발하는 것을 도울 수 있을 것이다.