دکتر آنجلا رینولدز در زمینه‌ی تبدیل ریاضی به بیولوژی و بیولوژی به ریاضی فعالیت می‌کند. وی که یک ریاضی دان کار بردی محسوب می‌شود قادر است واکنش‌های شیمیایی را به معادلات ریاضی تبدیل نماید.
رینولدز با بهره گیری از ابزارهای ریاضی مدل‌هایی را جهت شناخت بهتر فرآیند التیام زخم و التهاب تهیه می‌نماید. التهاب در ریه‌ی بیمارانی مشاهده می‌شود که به دستگاه ونتیلیتور متصل هستند.
اما رینولدز نمی‌تواند به تنهایی این کار را انجام دهد. وی که استاد یار گروه ریاضی کار بردی دانشکده‌ی علوم انسانی دانشگاه مشترک‌ المنافع ویرجینیا است در این زمینه با کار شناسانی از دانشکده‌ی پزشکی، مرکز پزشکی و دانشکده‌ی مهندسی هم کاری می‌کند.
بحث و گفتگوی رینولدز درباره‌ی تحقیقاتش، توان تحقیقات چند تخصصی ارائه شده در دانشگاه مشترک‌ المنافع ویرجینیا، و توصیه به دیگر محققین در ادامه ارائه می‌گردد.

سؤال: ریاضیات زیستی چیست؟ چگونه با استفاده از اعداد و ارقام به شناخت درباره‌ی حالات بیماری دست می‌یابید؟

رینولدز: علم ریاضی اساساً به دو دسته‌ی ریاضی محض و ریاضی کار بردی تقسیم می‌شود. من یک ریاضی دان کار بردی محسوب می‌شوم و بر ریاضیات زیستی متمرکز می‌باشم. من مدل‌های ریاضیاتی که در بر گیرنده‌ی اجزای بیو لوژیکی کلیدی هم چون سلول و پروتئین هستند را تهیه و آنالیز می‌نمایم و مشخص می‌نمایم که این اجزا چگونه با هم تعامل نموده و باعث تغییر دیگر اجزا می‌شوند. من از یک نوع معادلات ریاضیاتی به نام معادلات دیفرانسیل بهره می‌گیرم و به بررسی این موضوع می‌پردارم که جمعیت اجزای زیستی با چه سرعتی دچار تغییر می‌شود. برای مثال، به این نکته توجه می‌کنم که سلول‌ها با چه سرعتی به یک باکتری حمله می‌کنند. من با شناخت این نوع تعاملات می‌توانم سر در بیاورم که چه چیزی باعث می‌شود وضعیت بیمار به سمت سلامتی یا بیماری سوق یابد.
من از اعداد و معادلات بهره می‌گیرم تا سرعت وقوع روی دادها را کمّی سازی نمایم. اساساً این مجموعه‌های معادلات هستند که تعاملات را مدل سازی می‌نمایند. سپس این مدل را بر روی کامپیوتر شبیه سازی می‌کنم و نمودارها و منحنی‌هایی طراحی می‌نمایم که نشان می‌دهند جمعیت سلول‌ها / پروتئین‌ها در ارتباط با پارامترهای مختلف از چه شکلی برخوردارند. بنا بر این، ارقام موجودند اما هنر اصلی در واقع تهیه‌ی مدل‌هایی است تا به کمک آنها بیو لوژیست‌ها آن چه را که به صورت کیفی درک می‌کنند به کمیت تبدیل ‌نمایند و در راستای فرضیه‌های بیو لوژیکی بکار گیرند.

سؤال: التیام زخم یکی از حیطه‌هایی است که بر آن تمرکز نموده‌اید. جهت شناخت این فرآیند به چه شکل از ریاضی بهره می‌گیرید؟

رینولدز: در اکثر موارد، زخم به خوبی با گذشت زمان التیام می‌یابد و هنگامی که زخم التیام یافت جای آن باقی می‌ماند. اما در برخی مواد، زخم‌ها به خوبی التیام نمی‌یابند. من در تحقیقاتم به آن چه در این موارد رخ می‌دهند توجه می‌نمایم - یعنی این موضوع که التهاب چگونه در توانایی التیام مداخله می‌نماید. از لحاظ ریاضی، ما تلاش می‌کنیم چگونگی تعدیل فرآیند التیام توسط واکنش التهابی را کمّی سازی نماییم و هم چنین مشخص نماییم چه زمانی بهترین زمان مداخله است و مداخله به چه صورت بایستی انجام گیرد.
تمرکز ما بر روی زخم پای دیابتی می‌باشد. این زخم‌های خاص اغلب التیام نمی‌یابند. ما در حال بررسی این موضوع هستیم که مثلاً هنگام استفاده از یک شیوه‌ی درمانی که اکسیژن به محل زخم می‌رساند تا فرآیند التیام آن را ارتقا بخشد یا هنگام استفاده از روشی که التهاب را از بین می‌برد کدام شیوه بهترین شیوه‌ی درمانی محسوب می‌شود.
من با استفاده از ریاضی مدل‌هایی را تهیه می‌کنم تا ببینم اشتباه چگونه و در کجا رخ داده است. من و همکارانم با بهره گیری از این اطلاعات قادر می‌گردیم که با کار برد مدل‌ها یک فرضیه و روش را شکل داده و به سمت درمان کار آمدترِ زخم‌ها حرکت کنیم.
در واقع، این یافته‌ها به صورت تجربی آزمایش می‌گردند و در این جاست که هم کاران من به تحقیق می‌پیوندند. من با هم کاران بسیاری کار می‌کنم و این هم کاران فرآیند مدل سازی را تسهیل بخشیده و هم چنین فرضیات را آزمایش می‌کنند.

سؤال: تلاش‌های تحقیقاتی شما بر روی چه حیطه‌های دیگری متمرکز هستند؟

رینولدز: بررسی‌های ما هم چنین بر این موضوع متمرکز است که هنگامی که بیمار به دستگاه ونتیلیتور متصل است التهاب در ریه چگونه ایجاد می‌شود. ما در حال تهیه‌ی مدل‌های ریاضی هستیم که درباره‌ی جریان هوا توضیحاتی ارائه می‌دهند - یعنی درباره‌ی این که هوا در ریه به کدام سمت حرکت می‌کند و جریان هوا چگونه می‌تواند بر بافت ریه اثر گذارد.
برای مثال، اگر دستگاه ونتیلیتور هوا را به سمت درون بفرستد و قدرت آن نیز زیاد باشد این امر ممکن است باعث صدمه دیدن بافت ریه شده و در نتیجه بدن بیمار علائم سلولی ارسال می‌نماید که باعث ایجاد التهاب می‌شوند. ما تلاش داریم این واکنش التهابی را کمّی سازی نماییم تا بدین نحو بتوانیم پروتکل‌هایی را تهیه نموده و التهاب را به حداقل رسانیم.
هم چنان که پیرتر می‌شویم ریه‌، بافت‌ها و راه‌های هوایی‌مان دچار تغییر شده و حساس‌تر می‌شوند. ما فکر می‌کنیم این تغییرات در میان بیماران مسن‌تر ممکن است در واکنش التهابی و چگونگی واکنش بیماران به دستگاه ونتیلیتور نقش ایفا کنند. بنا بر این مدل‌های ما اثرات پیری را توضیح می‌دهند. من در راستای انجام این تحقیق با کار شناسان مهندسی و پزشکی از جمله دکتر ربکا هایز، استادیار مهندسی بیو شیمی از دانشکده‌ی مهندسی دانشگاه مشترک‌ المنافع ویرجینیا ؛ دکتر رامانا پیدا پارتی، استاد مهندسی مکانیک و هسته‌ای از دانشکده‌ی مهندسی دانشگاه مشترک‌ المنافع ویرجینیا ؛ و دکتر کوین وارد که سابقاً با دانشکده‌ی پزشکی دانشگاه مشترک‌ المنافع ویرجینیا هم کاری می‌کرده و در حال حاضر عضو هیأت علمی دانشگاه میشیگان است هم کاری می‌کنم.

سؤال: شما در جریان تحقیقات‌تان با کارشناسان زیادی هم کاری می‌کنید. این هم کاری چگونه است و در راستای شکل دادن این نوع هم کاری به چه مهارت‌هایی نیاز است؟

رینولدز: دانشگاه مشترک‌ المنافع ویرجینیا از یک فضای مشارکتی قوی برخوردار است. من بعد از این که در سال 2008 به دانشگاه مشترک‌ المنافع ویرجینیا پیوستم به میزان گسترده‌ای در تحقیقات مشارکتی شرکت نمودم. تیم‌های تحقیقاتی که با آنها هم کاری می‌کنم عبارتند از کارشناسان بیو مهندسی، بیو شیمی، پزشکی و هم چنین ریاضی دانان چندگانه.
زیبایی مشارکت چند تخصصی در این است که هر کسی حیطه‌ی کاری خود را می‌شناسد و می‌داند که چه چیزی مهم است. شناسایی تک تک موارد مهم و هم چنین درک موارد مورد نیاز مرتبط با ریاضی و بیو لوژی امر دشواری است. ما هر کدام از تخصص خود برخورداریم و دانسته‌های خود را با هم به اشتراک می‌گذاریم.
برای این که هم کاری با موفقیت صورت گیرد ما همه بایستی فعالیت‌های خویش را به گونه‌ای ارائه دهیم که برای دیگران نیز قابل فهم باشند. علم ریاضی از لحاظ تاریخی غالباً بیشتر در علم فیزیک مورد استفاده قرار گرفته است و فیزیک دانان واحدهای ریاضی بسیاری را می‌گذرانند. اما پزشکان و بیو لوژیست‌ها به آن صورت از ریاضی بهره نگرفته‌اند و بنا بر این در میان اعضای یک گروه تحقیق از لحاظ برخورداری از دانش ریاضی فاصله وجود دارد.
بخشی از مهارت لازم برای افراد فعال در حیطه‌ی ریاضیات زیستی توانایی تبدیل یافته‌هاست. من به دانشجویانم در همه‌ی سطوح می‌گویم که مهم است که درباره‌ی ریاضی به گونه‌ای صحبت شود که برای دیگران نیز قابل فهم باشد. اگر قرار است در هر نوع فعالیت‌ تحقیقی مشترک شرکت جویید برخورداری از مهارت مذکور بسیار مهم است. هم تیمی‌هایتان باید بفهمند که چه کاری را انجام می‌دهید و دلیل انجام آن کار چیست - هرچند شاید لازم نباشد از تک تک جزئیات سر در بیاورند. نیمی از چالش‌های پیش روی در فرآیند تحقیق به ایجاد انگیزه جهت انجام کار خویش و علاقمند ساختن دیگران مربوط می‌شود. هنگامی که موفق شدید دیگران را به مشارکت وادارید و فعالیت‌ها به اصطلاح روی غلتک افتاد آن هنگام است که حرکت به سمت موفقیت آغاز می‌شود.

سؤال: موضوعات داغ در حیطه‌ی فعالیت شما کدام‌ها هستند؟

رینولدز: تلاش‌هایی در راستای دست یابی به فرآیند درمان اختصاصی برای هر بیمار در حال انجام می‌باشند - یعنی درمان سفارشی یا شخصی شده. از آنجا که ما قادر هستیم اطلاعات بیشتر و بیشتری با استفاده از فایل‌های الکترونیک به دست آوریم، در نتیجه کار شناسان بهداشت از تاریخچه‌ی طولانی‌تری از اطلاعات پزشکی ثبت شده در رابطه با بیماری‌ها برخوردار می‌گردند. اکنون از خود می‌پرسیم چگونه همه‌ی این اطلاعات در باره‌ی بیمار می‌توانند در راستای شناخت شیوه‌ی درمانی بهتر و مناسب‌تر برای بیمار و استفاده از این شیوه به جای یک روی کرد درمانی همگانی و مشترک به کار گرفته شوند.
گروه بندی بیماران شاید به خوبی گذشته مفید و مؤثر نباشد، مخصوصاً از آن جهت که برخی داروهای تولیدی تنها بر روی برخی بیماران دارای تأثیر مثبت هستند. من به عنوان یک ریاضی دان متوجه تفاوت‌ها در میان یک گروه خاص از بیماران می‌شوم و برای درک این موضوع پیچیده به علم ریاضی و آمار نیاز است. اگر بتوانیم تغییرات در بیماران را کمّی سازی نماییم و با استفاده از مدل‌های ریاضی فرآیندهای درمان اختصاصی را شکل دهیم این حوزه می‌تواند از قابلیت‌های بالقوه‌ی فراوانی برخوردار باشد.

سؤال: برای دانشجویانی که علاقه‌مند به ورود به حوزه‌ی تحقیق هستند چه توصیه‌ای دارید؟

رینولدز: ریاضیات را متنوع سازید. شما نمی‌توانید هم زمان همه‌ی واحدهای ریاضی و همه‌ی واحدهای بیو لوژی را برداشته و در آن واحد به یک بیو لوژیست و ریاضی دان تبدیل شوید، هر چند برخی مردم وقتی اسم ریاضیات زیستی را می‌شوند چنین برداشتی به ذهن‌شان خطور می‌کند. کار کردهایی که مردم در این حوزه با آن رو به رو هستند روز به روز پیچیده‌تر می‌شوند و مستلزم انواع گوناگون روش‌های ریاضی می‌باشند. بنا بر این، به عنوان یک دانشجو واحدهای درسی گوناگونی را بگذرانید، مجموعه مهارت‌هایی هم چون برنامه نویسی را فرا گیرید، روش‌های تئوریک را یاد بگیرید و در عین حال چگونگی کاربرد ریاضی را فرا گیرید، زیرا همه‌ی اینها صرف نظر از نوع تحقیقی که انجام می‌دهید در کنار هم مورد استفاده قرار می‌گیرند. اگر قصد دارید ریاضیات زیستی را دنبال نمایید بایستی از مجموعه مهارت‌های گسترده‌ای برخوردار باشید.
دانشجویان در ابتدا ممکن است به این نتیجه برسند که همه‌ی این مهارت‌ها نهایتاً به یک نقطه ختم می‌شوند، اما طبیعت ریاضی این گونه است که بایستی آیتم‌های مختلف را به ترتیب آموخت و تا زمانی که دوره‌های بالاتر را نگذرانده‌اید زیبایی آن را مشاهده نمی‌کنید.
هنگامی که فارغ‌ التحصیل می‌شوید بایستی بر همه‌ی موارد مسلط گردیده باشید. ببینید در ارتباط با ریاضی دوست دارید چه کاری انجام دهید و در آن مهارت پیدا کنید. احتمالاً در رابطه با فعالیت مورد علاقه‌تان ریاضی دارای کار بردهایی می‌باشد. اما در ابتدا کلاس‌هایی را در زمینه‌ی ریاضی بگذرانید تا هنگامی که با مشکلی برخورد می‌کنید بدانید به چه ابزارهایی نیاز دارید. ‌