Skip to main content
SUPERVISOR
Mohsen Saghafian,Mohamadreza Salimpour,Ahmad Reza Pishevar
محسن ثقفیان (استاد راهنما) محمدرضا سلیم پور (استاد راهنما) احمدرضا پیشه وراصفهانی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Mehran Akbarpour Ghazani
مهران اکبرپورغازانی

FACULTY - DEPARTMENT

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

TITLE

Hybrid (Discrete- Continuum) tumor modelling with continuum based tumor cell growth simulation
Recently rate of cancer diseases being reported in developed and developing countries are growing. Tumor is the second leading cause of death in the world and is going to overtake heart diseases until 2030. Mathematical oncology as a novel instrument has attracted experiments attention in recent years. Researchers use mathematical models to simulate tumor growth and identify different tumor growth mechanisms. Mathematical models can be used to personalize cancer treatments. In addition, these models can predict prescription of dose and time of drug injection. Although tumor is a complex disease which can begin with mutations in cell genotype and phenotype, the main parts of tumor growth is comprised of two stages: avascular stage and vascular stage. Different types of mathematical models can be used to simulate different stages of tumor growth which are categorized in three main groups: continuum, discrete and hybrid. In the current study, tumor growth has been modeled using hybrid continuum- discrete method. In this project, a continuum model is used to simulate initial stage of avascular tumor growth and a discrete model which is capable of tracking each individual cell and define their path is invoked to model the angiogenesis. Then, these two models have been coupled and solved together. Considering two parent vessels in both sides of initial tumor, tumor growth trend and also angiogenesis with monitoring the behavior of endothelial cells to Tumor Angiogenic Factor (TAF) gradient has been investigated. Four different positions are considered for tumor and vessels. In the first scenario, which consists of case 1 and 2, tumor is placed in the mid-space of two vessels and is 2mm far from each one. In the first case there are two vessels and in the second there is one. In the second scenario, tumor is moved next to one of vessels and is 1mm far from that. In case 3, there exists two parent vessel and in the case 4 the closer vessel has been removed. In the case where tumor is placed in the mid-space of vessels, due to the sufficient nourishment by parent vessel(s), tumor growth and angiogenesis take place simultaneously from the beginning. However a part of tumor becomes quiescence for some days, it starts to grow as soon as new blood capillary is formed and oxygen is prepared for the cells. In first scenario and in both cases, angiogenesis takes place in 10 days of progression. In the second scenario and in the absence of closer vessel, there isn’t sufficient oxygen for some of tumor cells to survive and even after angiogenesis takes place, the part of tumor placed farther from vessel which had become necrotic, couldn’t continue cell cycle. In the second scenario, tumor chemotactic effect has been reduced and angiogenesis duration has increased. It takes about 25 days for sprouts to reach the tumor and finish the angiogenesis. In addition, due to remoteness of parent vessel, all of sprouts aren’t able to move towards tumor as a consequence of weak TAF gradient in remote parts of the tissue. Keywords: Hybrid tumor modeling, mathematical oncology, angiogenesis, vascular tumor growth
در سال های اخیر گزارش ها نشان داده است که نرخ ابتلا به سرطان در کشورهای توسعه یافته و هم چنین در کشورهای در حال توسعه در حال رشد می باشد. مدل سازی ریاضی به عنوان یکی از ابزارهایی است که در سال های اخیر بسیار مورد توجه محققین قرار گرفته است. محققین از مدل های ریاضی برای مدل سازی رشد تومور و شناسایی مکانیزم های مختلف رشد تومور استفاده می کنند. رشد تومور شامل دو مرحله بدون رگ و مرحله رگ زا می باشد. در کار حاضر سعی شده است رشد تومور توسط روش هیبریدی پیوسته- گسسته مدل شود. در این پروژه برای شبیه سازی مرحله اولیه رشد بدون رگ تومور از یک مدل پیوسته و برای مرحله نورگ زایی از یک مدل گسسته که می تواند تک تک سلول ها را دنبال کرده و مسیر حرکت آن ها را تشخیص دهد استفاده شده و سپس مراحل رشد تومور و نورگ زایی با یکدیگر ترکیب و حل شده است. با در نظر گرفتن دو رگ مادر در دو طرف تومور اولیه، نحوه رشد تومور و هم چنین نحوه نورگ زایی و واکنش سلول های اندوتلیال به گرادیان عامل نورگ زا بررسی شد. در بخش اول بررسی ها تومور در وسط فاصله بین دو رگ و درفاصله 2 میلی متری از هر کدام از آن ها و در بخش دوم تومور کمی نزدیک تر به یکی از رگ ها و در فاصله 1 میلی متری آن قرار دارد. در حالتی که تومور در وسط فاصله بین دو رگ قرار دارد، به علت تغذیه کافی برای زنده ماندن توسط رگ مادر، همزمان با ایجاد نورگ زایی شروع به رشد می کند. در حالتی که تومور کمی متمایل به یکی از رگ ها قرار گرفته و هنگامی که تنها رگ دورتر در نظر گرفته می شود، اکسیژن کافی برای زنده ماندن سلول های تومور وجود نداشته و حتی پس از ایجاد نورگ زایی، قسمتی از تومور که دور از رگ قرار گرفته بود به حالت میرا درآمده و دیگر قادر به ادامه چرخه سلولی نمی باشد. هم چنین به علت دور بودن رگ مادر، همه جوانه های در نظر گرفته شده قادر به حرکت به سمت تومور به دلیل گرادیان ضعیف عامل نورگ زا نمی باشند. کلمات کلیدی: تومورشناسی ریاضی، نورگ زایی، رشد تومور رگ دار، مدل سازی هیبریدی تومور

ارتقاء امنیت وب با وف بومی