|
Эта публикация цитируется в 1 научной статье (всего в 1 статье)
АНАЛИЗ И МОДЕЛИРОВАНИЕ СЛОЖНЫХ ЖИВЫХ СИСТЕМ
Математическое моделирование роста карциномы при динамическом изменении фенотипа клеток
И. В. Красняковa, Д. А. Брацунa, Л. М. Письменb a Пермский национальный исследовательский политехнический университет,
Россия, 614990, г. Пермь, ул. Комсомольский проспект, д. 29
b Израильский технологический институт,
Израиль, 3200003, г. Хайфа, Технион
Аннотация:
В работе предлагается двумерная хемомеханическая модель роста инвазивной карциномы в ткани эпителия. Каждая клетка ткани представляет собой эластичный многоугольник, изменяющий свою форму и размеры под действием сил давления со стороны ткани. Средние размер и форма клеток были откалиброваны на основе экспериментальных данных. Модель позволяет описывать динамические деформации в ткани эпителия как коллективную эволюцию клеток, взаимодействующих посредством обмена механическими и химическими сигналами. Общее направление роста опухоли задается линейным градиентом концентрации питательного элемента. Рост и деформация ткани осуществляются за счет механизмов деления и интеркаляции клеток. В модели предполагается, что карцинома представляет собой гетерогенное образование, составленное из клеток с разным фенотипом, которые выполняют в опухоли различные функции. Основным параметром, определяющим фенотип клетки, является степень ее адгезии к примыкающей ткани. Выделено три основных фенотипа раковых клеток: эпителиальный (Э) фенотип представлен внутренними клетками опухоли, мезенхимальный (М) фенотип представлен одиночными клетками, промежуточный фенотип представлен фронтальными клетками опухоли. При этом в модели предполагается, что фенотип каждой клетки при определенных условиях может динамически меняться за счет эпителиально-мезенхимального (ЭМ) и обратного к нему (МЭ) переходов. Для здоровых клеток выделен основной Э-фенотип, который представлен обычными клетками с сильной адгезией друг к другу. Предполагается, что здоровые клетки, которые примыкают к опухоли, под воздействием последней испытывают вынужденный ЭМ-переход и образуют М-фенотип здоровых клеток. Численное моделирование показало, что в зависимости от значений управляющих параметров, а также комбинации возможных фенотипов здоровых и раковых клеток эволюция опухоли может приводить к разнообразным структурам, отражающим самоорганизацию клеток опухоли. Проводится сравнение структур, полученных в численном эксперименте, с морфологическими структурами, ранее выявленными в клинических исследованиях карциномы молочной железы: трабекулярной, солидной, тубулярной и альвеолярной структурами, а также дискретными клетками с амебоидным поведением. Обсуждается возможный сценарий морфогенеза и типа инвазивного поведения для каждой структуры. Описан процесс метастазирования, при котором одиночная раковая клетка амебоидного фенотипа, перемещающаяся за счет интеркаляций в ткани здорового эпителия, делится и испытывает МЭ-переход с появлением вторичной опухоли.
Ключевые слова:
математическое моделирование, рост карциномы, самоорганизация, опухолевые структуры, эпителиально-мезенхимальный переход, амебоидная миграция.
Поступила в редакцию: 24.07.2017 Исправленный вариант: 13.08.2018 Принята в печать: 20.08.2018
Образец цитирования:
И. В. Красняков, Д. А. Брацун, Л. М. Письмен, “Математическое моделирование роста карциномы при динамическом изменении фенотипа клеток”, Компьютерные исследования и моделирование, 10:6 (2018), 879–902
Образцы ссылок на эту страницу:
https://www.mathnet.ru/rus/crm691 https://www.mathnet.ru/rus/crm/v10/i6/p879
|
|