Skip to main content
SUPERVISOR
Mohsen Saghafian,Ahmad Reza Pishevar
محسن ثقفیان (استاد راهنما) احمدرضا پیشه وراصفهانی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Milad Shamsi
میلاد شمسی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Hybrid (Discrete-Continuum) Tumor Modeling with Discrete Based Tumor Cell Growth Simulation
Cancer related research has been traditionally focused on genetic aspects of cancer cells and it has largely neglected the influence of the interaction between cancer cells and their environmental factors on growth and progression of a solid tumor. However, experimental research has shown that both the formation and growth of a solid tumor should be investigated in a context called tumor microenvironment. Tumor microenvironment is a complex milieu consisting of cancer cells, vasculature, extracellular matrix, host tissue cells, immune cells. Moreover, numerous molecular species such as nutrients, growth factors, and metabolic waste of cancer cells also exist in the tumor microenvironment. With a tumor being considered as a complex system during the recent years, the significance of utilizing computational models in order to assess such a system and identify the parameters impacting it has become highlighted and several studies have been conducted in this field. One of the main advantages of computational models of tumor microenvironment with respect to their experimental (animal and in vitro) counterparts is their ability to conduct several investigations on various parameters with more ease and markedly less cost and time expenditure. In the current study, a computational model has been used to simulate the growth of a tumor in a thirty-day period. The model includes microenvironmental factors, e.g. cancer cells, extracellular matrix, vasculature, and four chemicals. The current model has been used to investigate the impact of cancer cells abnormal metabolism (i.e. the Warburg Effect) and environmental acidity on various aspects of tumor growth. Moreover, the model has been used to predict the outcome of a therapeutic outcome called buffer therapy and its impact on tumor growth and progression. The results indicate that the tumor could utilize the Warburg Effect to grow and propagate without the need to instigate angiogenesis. Furthermore, the Warburg tends to change the tumor shape into more invasive morphologies in general. Also, the results show that the buffer therapy could be utilized to limit tumor access to nutrients. The results obtained here could encourage the conduction of experimental tests for assessing the validity of the computational model predictions and thus enhance the systematic understanding of phenomena impacting tumor growth. Keywords: Computational modeling, Solid tumor, Warburg Effect, Tumor acidity, Buffer therapy
تحقیقات مربوط به سرطان به صورت سنتی بر روی جنبه های ژنتیکی سلول های سرطانی متمرکز بوده است و از تاثیری که اندرکنش سلول های سرطانی با عوامل محیطیشان بر رشد و پیشروی یک تومور جامد می گذارد تا حدود زیادی غافل بوده است. اما تحقیقات تجربی نشان می دهد که شکل گیری و رشد یک تومور جامد را باید در بستری بنام ریزمحیط تومور بررسی کرد. ریزمحیط تومور محیط پیچیده ای است که متشکل از سلول های سرطانی، عروق، شبکه فراسلولی، سلول های بافت میزبان، سلول های ایمنی، و گونه های مولکولی متعددی همچون مواد غذایی، فاکتورهای رشد، و مواد پسماند حاصل از سوخت و ساز سلولی است. طی سالیان اخیر، با مطرح شدن تومور به عنوان یک سیستم پیچیده، اهمیت استفاده از مدل های محاسباتی برای بررسی این سیستم و شناسایی پارامترهای موثر بر آن اهمیت یافته و مطالعات متعددی نیز در این زمینه انجام پذیرفته است. یکی از مزیت های عمده مدل های عددی ریزمحیط تومور در قیاس با مدل های تجربی حیوانی و کشت گاهی قابلیت انجام بررسی های متعدد بر روی پارامترهای مختلف با سهولت بیشتر و صرف هزینه و وقت بسیار کم تر است. در مطالعه حاضر از یک مدل محاسباتی برای شبیه سازی رشد یک تومور در یک بازه زمانی سی روزه استفاده شده است. این مدل عناصر ریزمحیطی همچون سلول های سرطانی، شبکه فراسلولی، عروق، و چهار نوع ماده شیمیایی را در خود جا داده است. از مدل حاضر برای بررسی تاثیری که سوخت و ساز غیرعادی سلول های سرطانی (اثر واربرگ) و اسیدیته محیطی بر جنبه های مختلف تومور می گذارد استفاده شده است. علاوه براین، از این مدل محاسباتی برای پیش بینی نتیجه مداخله درمانی موسوم به بافر درمانی بر رشد و پیشروی تومور استفاده شده است. نتایج این مطالعه حاکی از آن هستند که تومور می تواند از اثر واربرگ برای پیشروی و رشد بدون نیاز به برانگیختن رگ زایی استفاده کند. ضمنا اثر واربرگ بصورت کلی باعث تهاجمی تر شدن شکل تومور می شود. نتایج مربوط به بافر درمانی نیز نشان می دهند که افزایش ظرفیت بافری محیط تومور الزاما به بهبود اسیدیته آن نخواهد انجامید و اطلاع از وضعیت سوخت و ساز تومور هر بیمار برای اعمال دوز مناسب بافر ضروری است. علاوه بر این، نتایج این مطالعه نشان می دهند که می توان از بافر درمانی برای محدود کردن دسترسی تومور به مواد غذایی استفاده کرد. نتایج حاصل از این مطالعه می توانند مشوق انجام آزمایش های تجربی برای بررسی صحت پیش بینی های مدل محاسباتی و افزایش درک نظام مند از پدیده های موثر بر رشد تومور باشند. کلمات کلیدی: مدل سازی محاسباتی، تومور جامد، اثر واربرگ، اسیدیته تومور، بافر درمانی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی