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数字建模限制侵袭性肿瘤生长

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癌症可被视为复杂的动态系统,因为它们具有许多可随时间和空间变化的相互影响的部分。也许最知名的复杂动态系统是天气,类似于天气预报,莫菲特癌症中心综合数学肿瘤科的研究人员正在使用数学方法来解释许多变量,以寻找新的方法来理解和控制癌症。他们最近的研究显示,癌症研究 5 月刊的封面文章显示,数学模型可用于预测不同肿瘤细胞群体如何相互作用,并对不断变化的环境作出反应。他们发现,通过使用数学模型来了解癌症中的复杂动力学,他们可以在环境中使用小的变化来促进细胞侵袭性较弱的细胞,从而减少肿瘤生长。

单个肿瘤由许多不同细胞群组成。 Moffitt 研究人员结合实验和数学研究结果确定了两种不同的细胞群,其共存于许多不同的肿瘤类型; 可侵入周围空间并迁移以形成转移的侵袭性细胞群,以及容易停留在一处并有助于产生血管的非侵入性细胞群。他们表明,在典型的小鼠生长的癌症中,浸润细胞比肿瘤中的非侵入性细胞更多,具有生存优势。

但是,进化原则决定了任何生物(无论是植物,动物还是肿瘤细胞)的行为都有优缺点。即使侵入性细胞由于其入侵周围组织的能力而具有优势,因此侵入性也具有其缺点:增加对有限资源和环境变化的敏感性。研究人员使用计算机模型来预测肿瘤内 pH 值的小变化,降低浸润细胞的生存优势,对非侵入性细胞有利。

前列腺癌的细胞培养和小鼠模型证实了数学模型预测。研究人员向小鼠的饮用水中加入碳酸氢钠,以改变其前列腺肿瘤的环境 pH 值。他们发现肿瘤内的非侵入性细胞比侵入性肿瘤细胞发展出生存优势。结果,小鼠具有较小的局限于前列腺的肿瘤 - 并且侵袭性转移性肿瘤较少。在乳腺癌的小鼠模型中观察到类似的结果。

复杂动态系统的一个公认的性质是“蝴蝶效应”,它提出了一只蝴蝶在日本拍打翅膀可能会在德克萨斯州造成龙卷风。这通常被用来证明这样的系统,包括癌症,是很复杂的,不能被控制。相反,莫菲特调查员表明,复杂系统放大一些小的扰动(即扑翼蝴蝶翼)的趋势实际上可以被利用。事实上,他们表明,通过对数学模型的生态演化动态的充分了解,可以通过应用小生物力将癌症转化为较少侵入性的生长模式。

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