Моделирование возникновения и роста раковых образований при коллективном взаимодействии клеток живой ткани,обменивающихся химическими и механическими сигналами
DOI:
Ключевые слова:
математическое моделирование, карцинома, циркадианные ритмы, генная регуляция, сложные системыАннотация
Предложена хемомеханическая модель возникновения и развития раковых образований в ткани эпителия. Модель включает индивидуальную динамику каждой клетки, которая зависит от изменения ее формы и объема, положения в ткани, интеркаляции, а также способности к делению. Для описания эволюции опухоли вводится два класса клеток, отличающихся набором химических и механических параметров. В работе предполагается, что трансформация здоровой клетки в раковую происходит из-за локального сбоя пространственной синхронизации циркадианных ритмов, которые, в свою очередь, вызываются процессами транскрипции/трансляции в клетках эпителия и обменом между ними белковыми сигналами. В калибровке модели были использованы данные о морфологии клеток эпителия. Применены как детерминистское, так и стохастическое описание системы. Численное изучение эволюционной динамики модели выявило различные белковые паттерны, часть из которых провоцирует возникновение опухоли. Вариации параметров в ходе расчета позволили воспроизвести различные типы карциномы как инвазивного, так и неинвазивного типа. Разработанная модель может быть использована для детального изучения влияния тагетированных лекарств на клетки опухоли.
Библиографические ссылки
- Bratsun D.A., Merkuriev D.V., Zakharov A.P., Pismen L.M. Multiscale modeling of tumor growth induced by circadian rhythm disruption in epithelial tissue // J. Biol. Phys. - 2016. - Vol. 42, № 1. - P. 107-132.
- Захаров А.П., Брацун Д.А. Синхронизации циркадианных ритмов в масштабах гена, клетки и всего организма // Компьютерные исследования и моделирование. - 2013. - Т. 5, № 2. - С. 255-270.
- Брацун Д.А., Захаров А.П., Письмен Л.М. Многоуровневое математическое моделирование возникновения и роста опухоли в ткани эпителия // Компьютерные исследования и моделирование. - 2014. - Т. 6, № 4. - С. 585-604.
- Брацун Д.А., Захаров А.П. Математическое моделирование раковых образований при коллективном взаимодействии клеток эпителия // Вест. Перм. гос. гум.-пед. ун-та. Сер. № 2: Физико- математические и естественные науки. - 2014. - Вып. 1. - С. 20-34.
- Bratsun D., Volfson D., Hasty J., Tsimring L. Delay-induced stochastic oscillations in gene regulation // PNAS. - 2005. - Vol. 102, № 41. - P. 14593-14598.
- Брацун Д.А., Захаров А.П. Моделирование пространственно-временной динамики циркадианных ритмов Neurospora crassa // Компьютерные исследования и моделирование. - 2011. - Т. 3, № 2. - С. 191-213.
- Bratsun D.A., Zakharov A.P. Spatial Effects of Delay-Induced Stochastic Oscillations in a Multi-scale Cellular System // Springer Proceedings in Complexity. - 2016. - P. 93-103.
- Bratsun D.A., Zakharov A.P., Pismen L.M. Chemo-mechanical modeling of Tumor Growth in Elastic Epithelial Tissue // AIP Conference Proceedings. - 2016. - Vol. 1760. - 020007.
- Брацун Д.А., Захаров А.П. Пространственно-распределенные стохастические колебания с запаздыванием в многоклеточной системе // Вест. Перм. гос. гум.-пед. ун-та. Сер. № 2: Физико- математические и естественные науки. - 2015. - Вып. 1. - С. 73-87.
- Zakharov A.P., Pismen L.M. Reshaping nemato-elastic sheets // Eur. Phys. J. E Soft Matter. - 2015. - Vol. 38, № 7. - P. 75.
- Martinez-Torres C., Laperrousaz B., Berguiga L., Boyer-Provera E., Elezgaray J., Nicolini F.E., Maguer- Satta V., Arneodo A., Argoul F. Deciphering the internal complexity of living cells with quantitative phase microscopy: a multiscale approach // J. Biomed. Opt. - 2015. - Vol. 20, № 9. - P. 096005.
- Брацун Д.А., Красняков И.В. Математическое моделирование процесса терапии раковой опухоли с помощью наночастиц // Математическое моделирование в естественных науках: тез. докл. - Пермь: изд-во ПНИПУ, 2016 - С. 53-54.