双向内皮质反驱动转向血管模式和药物耐药性利基:一项基于PDE代理的混合PDE研究

科学领域:

• 计算生物学 计算生物学
• 数学瘤学数学瘤学
• 生物物理学的生物物理.

背景情况:

• 瘤生长和治疗疗效受到瘤微环境异质性,特别是血管化的显著影响.
• 瘤的输液异质性导致氧气和药物分配变化,促进治疗耐药性.
• 了解瘤血管生成因子 (TAF) 和内皮细胞行为之间的相互作用对于开发有效疗法至关重要.

研究的目的:

• 开发和分析一个基于多尺度混合型偏微分方程代理模型 (PDE-ABM),集成瘤细胞,内皮细胞和分子信号.
• 研究内皮细胞的反机制,特别是TAF分泌和化学反应,如何驱动血管模式的形成.
• 确定影响血管异质性和药物透的关键参数,并提出减轻治疗耐药性的策略.

主要方法:

• 开发一个合的PDE-ABM框架,模拟TAF,氧和药物动态以及离散的内皮细胞和瘤细胞行为.
• 减少内皮-TAF反应-扩散子系统的线性稳定性分析,以确定图灵不稳定性的条件.
• 模拟新出现的血管模式,并评估它们对药物透和缺氧区域形成的影响.

主要成果:

• 沿TAF梯度的内皮细胞迁移和TAF分泌之间的双向合是必要的,并且足以产生空间周期性的血管集群.
• 这些新兴的血管模式创造了集群间的低氧区域,导致异质的药物透和耐药细胞的发展.
• 鉴定出TAF清除,化疗敏感性和内皮机动性是同质化瘤输液的关键参数.

结论:

• 混合PDE-ABM有效地捕捉了驱动瘤血管化和异质性的多尺度动态.
• 针对内皮-TAF反循环提供了一种潜在的策略,以改善药物输送和克服治疗耐药性.
• 这项研究为未来的3D扩展和定量临床应用的和动力学提供了基础.