توصيفگر ها :
شبيه‌سازي تومور , روش ميدان فازي , مدل‌سازي چند مقياسي , تعيين فنوتايپ سلول‌ها
چكيده فارسي :
تومورهاي سرطاني، يكي از مهم‌ترين و پيچيده‌ترين عارضه‌هايي است كه در دهه‌هاي اخير توجه زيادي را به خود جلب كرده است. اين تومورها با رشد غيرقابل كنترل سلول‌ها متمايز مي‌شوند و مي‌توانند به بافت‌هاي سالم اطراف نفوذ كنند. در اين ميان، مطالعه و درك رفتار تومورها براي توسعه روش‌هاي درماني مؤثر ضروري است. به دليل مشكلاتي همچون زمان‌بر بودن آزمايش‌هاي تجربي و خطرات روش‌هاي آزمايشگاهي، تحقيقات درباره سرطان با استفاده از روش‌هاي محاسباتي آغازشده است. از جمله كميت‌هاي تأثيرگذار بر رشد تومور مي‌توان به مواردي همچون رگ‌زايي، سيكل سلولي، رفتار دوگانه بين فنوتايپ تكثير شونده و مهاجر، تأثير ميكرومحيط تومور و ميزان اكسيژن و گلوكز قابل دسترس سلول‌هاي سرطاني اشاره كرد. در پژوهش حال حاضر، با استفاده از روش ميدان فازي به شبيه‌سازي برخي رفتار تومورها پرداخته شده است. اين رفتارها شامل شبيه‌سازي رشد سلولي، واكنش تومور به گراديان مواد مغذي و همچنين بررسي تغييرات شكل تومور در واكنش به انتشار فاكتورهاي القايي هيپوكسي است. فازهاي اين پژوهش شامل سلول‌هاي سالم و سلول‌هاي سرطاني است. همچنين در اين پژوهش، نفوذ سلول‌هاي تومور به محيط اطراف شبيه‌سازي شده است. اين مرحله از شبيه‌سازي اهميت زيادي دارد زيرا نفوذ تومور به بافت‌هاي اطراف يكي از مراحل كليدي در پيشرفت سرطان است. نتايج حاصله نشان مي‌دهد كه اين روش توانايي قابل‌توجهي در شبيه‌سازي رشد تومور با ميزان محاسبات كمتر نسبت به روش‌هاي گسسته را داراست. طبق نتايج حاصل‌شده در پژوهش حال حاضر، در مدل‌هايي كه رفتار دوگانه سلول‌ها در نظر گرفته مي‌شود، سلول‌هاي سرطاني با نفوذ بيشتري در محيط پخش‌شده و مساحت بيشتري را تحت تأثير قرار مي‌دهند. همچنين، افزايش نفوذپذيري و كاهش چسبندگي سلولي منجر به رشد شاخه‌اي شكل تومور و گسترش بيشتر سلول‌هاي سرطاني مي‌شود. در شبيه سازي‌هاي مربوط به اين قسمت، اين تغيير منجر به 11 برابر شدن شعاع ناحيه مهاجر و 5/3 برابر حجم تومور شده‌است. درنهايت، اضافه شدن فاكتورهاي هيپوكسي نيز تغييرات مهمي را باعث مي‌شود كه ازجمله آن مي‌توان به متوقف شدن مهاجرت سلول‌ها پس از طي مسافتي محدود اشاره كرد. اين موضوع نيز تا 80 درصد باعث كاهش سرعت رشد ناحيه مهاجر مي‌شود. همچنين افزايش 30 درصدي آستانه مهاجرت سلول‌ها و افزايش 40 درصدي ترشح فاكتورهاي القايي هيپوكسي نيز به ترتيب تا 30 و 68 درصد موجب افزايش شعاع ناحيه مهاجر مي‌شود.
چكيده انگليسي :
Cancerous tumors are among the most significant and complex diseases that have attracted considerable attention in recent decades. These tumors are characterized by uncontrolled cell growth and the ability to invade surrounding healthy tissues. Understanding tumor behavior is crucial for developing effective therapeutic strategies. Due to the time-consuming nature of experimental tests and the risks associated with laboratory methods, computational approaches for cancer research have emerged. Among the key factors influencing tumor growth are angiogenesis, the cell cycle, the dual behavior between the proliferative and migratory phenotypes, the impact of the tumor microenvironment, and the availability of oxygen and glucose to cancer cells. In the present research, the phase-field method has been employed to simulate certain tumor behaviors. These behaviors include the simulation of cell growth, the tumor's response to nutrient gradients, and the investigation of changes in tumor shape in reaction to the diffusion of hypoxia-induced factors. The phases of this study include healthy cells and cancer cells. Additionally, the invasion of tumor cells into the surrounding environment has been simulated, as this is one of the critical stages in the progression of cancer.
The results show that this method has significant capabilities in simulating tumor growth with less computational effort compared to discrete methods. According to the findings of the present study, in models where the dual behavior of cells is considered, cancer cells spread more extensively in the environment and affect a larger area. Moreover, increased permeability and reduced cell adhesion lead to branched tumor growth and further dissemination of cancer cells. In the simulations related to this aspect, this change has led to an 11-fold increase in the radius of the migratory region and a 3.5-fold increase in the tumor volume. Finally, the addition of hypoxic factors also causes significant changes, including the cessation of cell migration after a limited distance, which can reduce the growth rate of the migratory region by up to 80%. Additionally, a 30% increase in the migration threshold and a 40% increase in the secretion of hypoxia-induced factors can lead to a 30% and 68% increase in the radius of the migratory region, respectively.
