Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad hossein Manshaei
محمدحسین منشئی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Nima Rafiee
نیما رفیعی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393
These days, Cancer is a leading cause of death worldwide. Cancer treatment research has faced many challenges like expensive cost of clinical experiments. Cancer is considered as a complex system and obviously it is not plausible for a complex phenomena to find a complete and coherent concept from some scattered facts. Metabolic pathways of cancer cells play a major role in cancer treatment studies. Understanding the complexity of the cancer cell behaviors due to the metabolic pathways is required to develop some models through which, cellular interactions and their willingness to alternative routes could be investigated. These models can help to find out some coherent concepts about metabolism of the cancer cells. Multi-agent systems and differential equations can be appropriate mathematical tools for modeling the cells behavior since they consider the interactions of cells and continuous changes of environmental factors. In this research, the emergence of a type of cells with different metabolic processes from other normal cells is simulated and analyzed. These specific type of cells, in a biological symbiosis with Glycolysis and Glucose Respiration cells, consume lactate and produce energy in an aerobic process. In this study, using multi-agent systems approach and fame theoretic concepts of game theory, differential equations, and cellular Automata, two different models have been developed. In our first model, the effects of the oxygen limitation on cell interactions is considered as a cellular Automata law. The results of simulation illustrate the emergence of Lactate Respiration species. Moreover, the spatial structure of the Lactate Respiratory cells between two types of Glucose Respiration and Glycolysis is well shown using the first model. In addition, according to the results of the simulations, emergence of the Lactate Respiratory species and their spatial structures are independent of initial conditions. Developing the second model, the effects of oxygen limitation is considered as players benefits in the played games between cells. Although the results of the second model still illustrate the emergence of the Lactate Respiratory cells with some specific initial conditions, it cannot show the spatial structures of cells. In addition, according to the second model, the emergence of Lactate Respiratory cells depends on initial conditions. Using the second model, future research could develop a complete theoretical models which is not required high cost computer simulations since all interactions and effects are considered as game theoretical payoffs Key Words: Evolutionary Game Theory, Cellular Automata, Reaction-Diffusion Equations, Cancer, Metabolism, Interaction, Population Dynamics, Symbiosis.
سهم سرطان در آمار مرگ و میر در زمان حاضر قابل توجه است. چالش‌های متعدد اقتصادی از جمله پرهزینه بودن آزمایش‌ها برای فهم پیچیدگی‌هایِ ساز و کار آن عملا تحقیقات در این زمینه را با مشکلاتی مواجه کرده ‌است. روشن است که تنها با حقایقی پراکنده در مورد یک سازوکار پیچیده نمی‌توان به یک فهم کامل‌ و منسجم‌ از آن سازوکار دست پیدا کرد. مسیرهای سوخت‌‌و‌ساز سلول‌های سرطانی از حوزه‌های مورد توجه در درمان سرطان است. درک پیچیدگی رفتار سلول‌های سرطانی با توجه به مسیر سوخت‌وساز، نیازمند مدل‌هایی است که با استفاده از آن‌ها بتوان تعامل سلول‌ها و تمایل آن‌ها به مسیرهای جایگزین سوخت‌‌و‌ساز را تحلیل کرده و درک منسجمی از سوختوساز سلول‌های سرطانی را بدست آورد. سیستم‌‌های چند عاملی و معادلات دیفرانسیل به ترتیب با در نظر گرفتن تعاملات سلول‌ و تغییرات پیوسته فاکتور‌های محیطی، می‌توانند یک ابزار ترکیبی ریاضی مناسب در قیاس با سایر روش‌هایی باشد که، تعامل سلول‌ها و پیوستگی محیط سرطانی را برای مدل کردن رفتار سلول‌ها در نظر نمی گیرند. در این پژوهش، پیدایش گونه‌ای از سلول‌ها شبیه سازی و مورد بررسی قرار گرفته است که فرآیند سوخت‌وساز آن‌ها متفاوت با دیگر سلول‌ها در حالت عادی است. این ‌ گونه از سلول‌ها، در یک همزیستی بیولوژیک با سلول‌های گلایکولایزس و گلوکز هوازی، لاکتیت را در فرآیند هوازی تبدیل به انرژی می‌کنند. در این پژوهش با رویکرد سیستم‌های چندعاملی و با استفاده از مفاهیم نظریه‌ بازی‌ها، معادلات دیفرانسیل و آتوماتای سلولی، دو مدل مجزا از هم ارائه شده است. تاثیرات حدی اکسیژن در مدل اول به صورت یک قانون مجزای آتوماتای سلولی به بازی صورت گرفته بین سلول‌ها اعمال شده است. نتایج حاصل از شبیه‌سازی مدل اول پیدایش گونه‌های لاکتیت هوازی را نشان می‌دهد. همچنین ساختار مکانی این سلول‌ها در بین دو گونه گلایکولایزس و گلوکز هوازی به خوبی توسط مدل اول نشان داده شده است. علاوه بر این، با توجه به نتایج حاصل از شبیه‌سازی، مدل پیشنهادی اول، با وجود شرایط اولیه متفاوت همچنان پیدایش گونه‌های لاکتیت هوازی و ساختار مکانی آن‌ها را نشان می‌دهد. در مدل دوم تاثیرات حدی اکسیژن، به صورت منفعت در قالب بازی صورت گرفته بین سلول‌ها در نظر گرفته شده است. نتایج حاصل، همچنان پیدایش گونه‌های لاکتیت هوازی را نشان می‌دهد با این تفاوت که مدل دوم ساختار مکانی سلول‌ها را نشان نمی‌دهد. همچنین در مدل دوم حالت اولیه‌های مختلف، نتایج متفاوتی به همراه دارد. در مدل دوم با توجه به اینکه تمام تعاملات و تاثیرات فاکتور‌های محیطی با استفاده از نظریه بازی‌ها مدل شده است، می‌تواند در پژوهش‌های آینده برای ارائه یک مدل تئوریک و بی‌نیاز از شبیه‌‌سازی‌های هزینه‌بر کامپیوتری، مورد استفاده قرار گیرد. وازه های کلیدی: نظریه‌ بازی‌های تکاملی، آتاماتای سلولی، معادلات انتشار-واکنش، سرطان، سوخت‌وساز، تعامل، تغییرات جمعیت، همزیستی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی