患者衍生几何整合多物理框架:通过瘤微环境重编程在前列腺癌中优化免疫治疗纳米粒子输送的计算优化

科学领域:

• 计算瘤学计算瘤学
• 生物物理学的生物物理.
• 免疫治疗是一种免疫疗法.

背景情况:

• 前列腺癌表现出免疫检查点抑制剂 (ICB) 耐药性,这是由于复杂的瘤微环境 (TME),其特点是密集的肌层,无组织的血管系统和高间歇性液压 (IFP).
• 现有的计算模型往往无法整合这些多方面的TME因素,限制了它们对ICB有效性的预测能力.
• 独特的TME阻碍了药物透和免疫细胞透,促进了免疫抑制的环境.

研究的目的:

• 开发一个针对患者的多物理框架,将3DMRI衍生前列腺瘤几何学与TME正常化和基于纳米载体的PD-1/anti-PD-L1传递集成在一起.
• 模拟长期反应 (长达50天),包括免疫记忆和复发,解决较短的模拟时间的局限性.
• 研究TME正常化和纳米ICB输送对抗瘤疗效的协同效应.

主要方法:

• 从TCIA集成的3DMRI瘤几何形状进入一个多物理模拟框架.
• 整合了血管和肌正常化策略,以修改TME特性 (例如,血管透性,ECM刚性).
• 基于纳米载体的模拟PD-1/anti-PD-L1输送及其对免疫细胞动态和癌细胞杀伤的长期影响.

主要成果:

• TME正常化显著减少了超过70%的IFP,并增加了间隙流体速度 (IFV),促进了纳米ICB透.
• 模拟显示CD8+ T细胞透增加和增强的癌细胞杀死,在测试的瘤中分数达到0.52和0.84.
• 模型验证证实了数值稳定性和独立于网格大小和时间步骤,关键输出变化<2%.

结论:

• 患者特定的多物理框架有效地模拟了前列腺癌TME机制和纳米免疫治疗之间的相互作用.
• 与纳米-ICB输送相结合的TME正常化显示出增强抗瘤疗效的巨大潜力.
• 这种临床上适用的平台可以通过预测治疗反应来优化个性化前列腺癌治疗.