×

B淋巴细胞生成中反馈信号的动力学特性:数学建模方法。 (英语) Zbl 1465.92009年

小结:造血是血细胞生成的过程。淋巴细胞生成淋巴细胞,即负责适应性免疫反应的细胞。这一过程的中断与白血病等疾病有关,尤其是儿童。这一过程的自我调节特性使其适合于数学研究。
在本文中,我们利用现有数据建立了淋巴细胞生成的数学模型。我们从现有的细胞谱系发育结构化模型中获得灵感,并将其与儿科骨髓数据相结合,特别关注调控机制。对模型进行了形式化分析,给出了稳态及其稳定性条件。我们使用此分析获得参数空间的生物学相关区域,并了解B细胞更新的动力学行为。最后,我们使用数值模拟进一步了解增殖和成熟率对B系细胞重建的影响。我们的结论是,包含细胞增殖反馈调节的模型代表了对骨髓中B细胞重建的生物学上合理的描述。对B淋巴细胞生成的精确动态描述有助于血液病研究。

MSC公司:

92立方厘米 发育生物学,模式形成
34C11号机组 常微分方程解的增长性和有界性
34D20型 常微分方程解的稳定性
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用

参考文献:

[1] 阿巴斯,A.K。;Lichtman,A.H。;Pillai,S.,《细胞和分子免疫学》,爱思唯尔健康科学(1994)
[2] 阿巴斯。;Lichtman,A。;Pober,J.,《细胞和分子免疫学》(2015),Elsevier
[3] Z.艾哈迈德。;北卡罗来纳州杜拉尼。;Hazir,T.,儿童itp骨髓检查:是强制性的吗?。巴基斯坦外科医生学会杂志,JCPSP,17,6,347-349(2007),https://doi.org/06.2007/jcpsp.347349
[4] 阿尔伯茨,B。;布雷,D。;刘易斯,J。;拉夫,M。;罗伯茨,K。;Watson,J.,《细胞分子生物学》,Garland(2002)
[5] 安德烈奥尼,C。;里格尔,D。;博纳尔,M。;Bernaud,J.,用流式细胞术对大量正常人骨髓样本进行表型分析,Blut,61,5,271-277(1990)
[6] 南卡罗来纳州本德尔。;Davis,K.L。;埃米尔,E.-A.D。;Tadmor,医学博士。;Simonds,E.F。;Chen,T.J。;Shenfeld,D.K。;诺兰,G.P。;Peer,D.,单细胞轨迹检测揭示了人类b细胞发育中的进展和调控协调,《细胞》,157,3714-725(2014)
[7] 比亚斯科,L。;佩林,D。;斯卡拉,S。;迪奥尼西奥,F。;巴索·里奇,L。;莱昂纳多利。;斯卡拉穆扎,S。;Baricordi,C。;费鲁瓦,F。;Cicalese,M.P.,《人体造血的体内跟踪揭示了早期和稳态重建阶段的克隆动力学模式》,《细胞干细胞》,19,1,107-119(2016)
[8] Busch,K。;Klapproth,K。;巴里尔,M。;弗洛斯多夫,M。;Holland-Letz,T。;施伦纳,S.M。;Reth,M。;Höfer,T。;Rodewald,H.-R.,体内干细胞未扰动造血的基本特性,《自然》,518,7540,542-546(2015)
[9] Caldwell,C.W。;Poje,E。;Helikson,M.A.,《正常儿童骨髓中的B细胞前体》,美国临床病理学杂志,95,6816-823(1991)
[10] Caocci,G。;格雷科,M。;La Nasa,G.,人类造血干细胞和祖细胞的骨髓归巢和移植缺陷,地中海血液学和传染病杂志,9,1(2017)
[11] Clapp,G。;Levy,D.,《白血病和淋巴瘤数学模型综述》,《今日药物发现:疾病模型》,第16期,第1-6页(2015年)
[12] 克拉克·P。;Normansell,D。;Innes,D。;Hess,C.,正常骨髓中的淋巴细胞亚群,《血液》,67,6,1600-1606(1986)
[13] Deenen,G.J。;范巴伦,I。;Opstelten,D.,《在大鼠中,在非分裂前b细胞向sigm+b淋巴细胞转化的过程中,即ig轻链基因表达阶段,60%的b淋巴细胞生成从骨髓中丢失》,《欧洲免疫学杂志》,20,3,557-564(1990)
[14] 丁立(D.Dingli)。;Pacheco,J.M.,《造血结构和动力学建模》,《威利跨学科评论:系统生物学和医学》,2009年第2期,第235-244页
[15] 杜拉托夫,S。;诺塔,F。;Laurenti,E。;Dick,J.E.,《造血:人类视角》,《细胞干细胞》,第10、2、120-136页(2012年)
[16] 菲纳克,G。;Langweiler,M。;Jaimes,M。;马利克,M。;Taghiyar,J。;Korin,Y。;Raddassi,K。;Devine,L.公司。;Obermoser,G。;Pekalski,M.L.,人类免疫表型联合会的标准化流式细胞术免疫表型分析,科学报告,6,1,1-11(2016)
[17] Fuertinger,D.H。;卡普尔,F。;Thijssen,S。;莱文,西北部。;Kotanko,P.,“具有足够铁可用性的成人红细胞生成模型”,《数学生物学杂志》,66,6,1209-1240(2013)·Zbl 1303.92023号
[18] 加努索夫,V.V。;Auerbach,J.,《数学建模揭示了整个生物体内淋巴细胞再循环的动力学》,《公共科学图书馆·计算生物学》,10,5,文章e1003586 pp.(2014)
[19] Ge,Y。;Sealfon,S.C.,《流峰:通过k均值和密度峰发现对流式细胞术数据进行快速无监督聚类》,生物信息学,28,15,2052-2058(2012)
[20] 纪尧姆,T。;鲁宾斯坦博士。;Symann,M.,自体造血干细胞移植后的免疫重建和免疫治疗,血液,美国血液学会杂志,92,5,1471-1490(1998)
[21] Hahne,F。;LeMeur,N。;Brinkman,R.R。;埃利斯,B。;Haaland,P。;Sarkar,D。;Spidlen,J。;应变,E。;Gentleman,R.,《流核:高通量流式细胞术的生物导体包》,BMC生物信息学,10,1,106(2009)
[22] 哈代,R.R。;Kincade,P.W。;Dorshkind,K.,《b淋巴细胞谱系中细胞的多样性》,《免疫学》,26,6,703-714(2007)
[23] 胡,S。;斯米尔诺娃,O.A。;Cucinotta,F.A.,《严重辐射事故后淋巴生成的生物数学模型——剂量评估的潜在应用》,《健康物理学》,第102、4、425-436页(2012年)
[24] 琼斯,D.S。;普朗克,M。;Sleeman,B.D.,微分方程和数学生物学(2009),查普曼和霍尔/CRC·Zbl 1298.92003号
[25] Jumaa,H。;亨德里克斯,R.W。;Reth,M.,B细胞信号与肿瘤发生,免疫学年度回顾,23415-445(2005)
[26] Kawamoto,H。;瓦达,H。;Katsura,Y.,《造血细胞发育途径的修订方案:基于骨髓的模型》,国际免疫学,22,2,65-70(2010)
[27] 克莱夫兰;Charlotte,R.,《外周血单个核细胞》,161-167(2015),Springer国际出版公司:Springer International Publishing Cham
[28] Knauer,F。;斯蒂尔,T。;Marciniak Czochra,A.,具有多个分化阶段的白细胞产生模型中的振荡,《数学生物学杂志》,80,3575-600(2020)·Zbl 1440.34047号
[29] 科赫,美国。;Radtke,F.,t细胞发育和转化的机制,《细胞和发育生物学年度评论》,27539-562(2011)
[30] Komarova,N.L.,《自我更新细胞谱系的调节原则》,《公共科学图书馆·综合》,第8期,第9期(2013年)
[31] Kraus,H。;凯撒,S。;Aumann,K。;Bönelt,P。;Salzer,美国。;D.Vestweber。;Erlacher,M。;Kunze,M。;汉堡,M。;Pieper,K。;Sic,H。;Rolink,A。;艾贝尔,H。;Rizzi,M.,一种无饲料分化系统识别人类骨髓中自主增殖的b细胞前体,免疫学杂志,192,3,1044-1054(2014)
[32] Laurenti,E。;Göttgens,B.,《从造血干细胞到复杂分化景观》,《自然》,553,7689,418-426(2018)
[33] LeBien,T.W.,人类b细胞前体的命运,血液,美国血液学会杂志,96,1,9-23(2000)
[34] 勒宾,T.W。;Tedder,T.F.,B淋巴细胞:如何发育和功能,《血液》,112,5,1570-1580(2008)
[35] Leitenberg,D。;Rappeport,J.M。;Smith,B.R.,骨髓移植后B细胞前体骨髓重建,美国临床病理杂志,102,2,231-236(1994)
[36] 俄勒冈州莱昂·特里亚纳。;Sabir,S。;卡尔沃,G.F。;贝尔蒙特-贝蒂亚,J。;南卡罗来纳州Chulián。;马萨诸塞州马丁内斯·鲁比奥。;罗莎,M。;佩雷斯-马丁内斯,A。;奥雷利亚纳,M.R。;Pérez-García,V.M.,《B细胞急性淋巴细胞白血病的CAR T细胞治疗:数学模型的见解》,《非线性科学中的通信与数值模拟》,94105570(2021)·Zbl 1461.92043号
[37] 洛伦兹,T。;Marciniak-Czochra,A。;Stiehl,T.,具有多个成熟阶段的急性白血病克隆选择的结构化种群模型,《数学生物学杂志》,79,5,1587-1621(2019)·兹比尔1423.35383
[38] 卢西奥,P。;A.帕雷拉。;van den Beemd,M。;van Lochem,E。;van Wering,E。;巴尔斯,E。;Porwit-MacDonald,A。;比约克隆德,E。;盖帕,G。;比昂迪,A。;奥尔法奥,A。;Janossy,G。;van Dongen,J。;Miguel,J.S.,正常b细胞分化的流式细胞术分析:检测前体b细胞中微小残留疾病的参考框架,白血病,13,3,419-427(1999)
[39] Mackey,M.C。;Rudnicki,R.,描述细胞复制的延迟偏微分方程的全局稳定性,《数学生物学杂志》,33,1,89-109(1994)·Zbl 0833.92014号
[40] 马达利,R。;Pai,G。;Balaji,S。;Sivaramakrishnan,P。;Srinivasan,L。;Sunder,S.S。;Paul,S.F.,体内和体外方法中b淋巴细胞激活、增殖和分化的受体和信号机制,FEBS Letters,584,24,4883-4894(2010)
[41] 马内索,E。;Teles,J。;布莱德,D。;Peterson,C.,《造血的动力学模型:体内稳态和扰动下系统的综合观点》,《皇家学会界面杂志》,10,80,20120817(2013)
[42] Marciniak-Czochra,A。;斯蒂尔,T。;Wagner,W.,造血发育中复制衰老的建模,老龄化,1,8723-732(2009)
[43] Marciniak-Czochra,A。;斯蒂尔,T。;Ho,A.D。;Jäger,W。;Wagner,W.,造血干细胞中不对称细胞分裂的建模——自我更新的调节对有效的重新繁殖至关重要,干细胞与发育,18,3,377-386(2009)
[44] Marciniak-Czochra,A。;Mikelić,A。;Stiehl,T.,奇摄动非线性常微分方程的重整化群二阶近似,应用科学中的数学方法,41,14,5691-5710(2018)·兹比尔1404.34071
[45] 梅尔,R。;沙哈夫,G。;Sah,A。;Cancro,M.,异步分化模型解释骨髓标记动力学并预测前和未成熟b细胞池之间的反流,国际免疫学,15,301-312(2003)
[46] 梦露·J·G。;Bannish,G。;Fuentes-Panana,E.M。;金·L·B。;Sandel,P.C。;钟,J。;Sater,R.,b淋巴细胞发育过程中的阳性和阴性选择,免疫学研究,27,2-3,427-442(2003)
[47] 莫斯托利扎德,R。;Afsharnezhad,Z。;Marciniak Czochra,A.,存在细胞因子的嵌合抗基因受体(car)t细胞治疗的数学模型,数值代数,控制与优化,8,1,63(2018)·Zbl 1406.92318号
[48] 墨菲,K。;Weaver,C.,Janeway的免疫生物学,Garland Science(2016)
[49] Nakata,Y。;盖托,P。;Marciniak-Czochra,A。;Alarcón,T.,细胞生产系统多组分模型的稳定性分析,生物动力学杂志,6,sup1,2-18(2012)·Zbl 1447.92126号
[50] Nombela-Arrieta,C。;Manz,M.G.,《骨髓的量化和三维显微解剖组织》,《血液进展》,第1期,第6期,第407-416页(2017年)
[51] 奥谢,J.J。;加迪纳,M。;Siegel,R.M.,细胞因子和细胞因子受体,(临床免疫学(2019),Elsevier),127-155
[52] Osmond,D.G.,骨髓b淋巴细胞的种群动态,免疫学评论,93,1,103-124(1986)
[53] 帕克,Y.-H。;Osmond,D.G.,小鼠骨髓中早期b淋巴细胞前体细胞的动力学:含有末端脱氧核苷酸转移酶的细胞的增殖,欧洲免疫学杂志,19,11,2139-2144(1989)
[54] A.帕拉多。;卡萨雷斯,S。;Prieto,J。;卡莫纳,M。;Vaquero,A。;罗德里格斯·费尔南德斯,J.,骨髓和造血干细胞移植后循环t、b和nk淋巴细胞的重新计数,血液学和细胞治疗,39,6,301-306(1997)
[55] 佩托·G。;特纳,M.,《指导早期b细胞发育的信号电路》,《生物化学杂志》,476,5,769-778(2019)
[56] Pujo-Menjoue,L.,《血细胞动力学:半个世纪的建模》,《自然现象的数学建模》,11,1,92-115(2016)·Zbl 1384.92027号
[57] 雷戈,E.M。;加西亚,A.B。;维亚纳,S.R。;Falcáo,R.P.,正常骨髓活检中淋巴细胞亚群的年龄相关变化,细胞计量学:国际分析细胞学学会杂志,34,1,22-29(1998)
[58] 雷亚,T。;莫里森,S.J。;克拉克,M.F。;Weissman,I.L.,《干细胞、癌症和癌症干细胞》,《自然》,414,6859,105-111(2001)
[59] Roeder,I.,《定量干细胞生物学:造血系统的计算研究》,《血液学的当前观点》,13,4,222-228(2006)
[60] Saeys,Y。;Van Gassen,S。;Lambrecht,B.N.,《计算流式细胞术:帮助理解高维免疫学数据》,《自然评论免疫学》,16,7,449(2016)
[61] 塞蒂,M。;Tadmor,医学博士。;Reich-Zeliger,S。;安吉尔,O。;Salame,T.M。;Kathail,P。;Choi,K。;Bendall,S。;弗里德曼,N。;Peer,D.,Wishbone根据单细胞数据确定了分叉发展轨迹,《自然生物技术》,34,6,637-645(2016)
[62] 沙哈夫,G。;Zisman-Rozen,S。;Benhamou,D。;Melamed,D。;Mehr,R.,骨髓中的B细胞发育受成熟B细胞施加的稳态反馈调节,免疫学前沿,7,77(2016)
[63] Skipper,H.E。;Perry,S.,正常和白血病白细胞种群的动力学及其与化疗的相关性,癌症研究,30,1883-1897(1970)
[64] 斯米尔诺娃,O.A。;胡,S。;Cucinotta,F.A.,《未受辐射和受辐射人体淋巴细胞生成动力学分析:建模方法》,《辐射研究》,181,3,240-250(2014)
[65] Steliarova-Foucher,E。;科伦贝特,M。;洛杉矶里斯。;莫雷诺,F。;多利亚,A。;布雷,F。;Hesseling,P。;Shin,H.Y。;斯蒂勒,C.A。;Bouzbid,S.,《国际儿童癌症发病率,2001-10:一项基于人群的注册研究》,《柳叶刀肿瘤学》,18,61719-731(2017)
[66] 斯蒂尔,T。;Marciniak-Czochra,A.,使用多阶段细胞谱系的数学模型表征干细胞,数学和计算机建模,53,7-8,1505-1517(2011)·Zbl 1219.34068号
[67] 斯蒂尔,T。;Marciniak Czochra,A.,《再生和癌症中的干细胞自我更新:数学建模的见解》,系统生物学当前观点,5112-120(2017)
[68] 斯蒂尔,T。;Baran,N。;Ho,A.D。;Marciniak-Czochra,A.,《急性白血病的克隆选择和治疗耐药性:数学模型解释诊断和复发时的不同增殖模式》,《皇家学会界面杂志》,11,94(2014),20140079
[69] Talmadge,J.E。;里德·E。;Ino,K。;Kessinger,A。;Kuszynski,C.等人。;海曼,D。;瓦尼,M。;J·杰克逊。;Vose,J.M。;Bierman,P.J.,动员外周血干细胞与骨髓移植后的快速免疫重建,骨髓移植,19,2,161-172(1997)
[70] Van Dongen,J。;勒米特,L。;Böttcher,S。;阿尔梅达,J。;范德维尔登,V。;Flores-Montero,J。;Rawstron,A。;阿斯纳菲,V。;Lecrevise,Q。;Lucio,P.,正常、反应性和恶性白细胞标准化n维流式细胞术免疫表型的Euroflow抗体小组,白血病,26,9,1908-1975(2012)
[71] van Lochem,E。;范德维尔登,V。;风,H。;te Marvelde,J。;北卡罗来纳州韦斯特达尔。;van Dongen,J.,《人类骨髓正常造血的免疫表型分化模式:年龄相关变化和疾病诱导变化的参考模式》,细胞计量学,60B,1,1-13(2004)
[72] Viswanathan,S。;Zandstra,P.W.,干细胞命运预测模型,细胞技术,41,2/3,75-92(2003)
[73] 瓦伦达,T。;斯蒂尔,T。;Braun,H。;弗罗贝尔,J。;Ho,A.D。;施罗德,T。;Goecke,T.W。;Rath,B.公司。;发芽,美国。;Marciniak-Czochra,A.,骨髓增生异常综合征中的反馈信号:恶性克隆自我更新增加抑制正常造血,《公共科学图书馆·计算生物学》,2014年第10期,第4期
[74] Wang,W。;斯蒂尔,T。;拉斐尔,S。;Hoang,V.T。;霍夫曼,I。;波萨·贝罗,L。;赛义德,B.R。;布鲁姆,R。;曼塔,L。;Eckstein,V.,造血干细胞频率降低预测急性髓细胞白血病的预后,血液学,102,9,1567-1577(2017)
[75] Wilson,A。;Laurenti,E。;Oser,G。;范德瓦特,R.C。;布兰科-博斯(Blanco-Bose,W.)。;Jaworski,M。;Offner,S。;Dunant,C.F。;Eshkind,L。;Bockamp,E.,造血干细胞在体内平衡和修复过程中从休眠可逆地转换为自我更新,《细胞》,135,6,1118-1129(2008)
[76] Zafar,H。;Anwar,S。;Faizan,M。;Riaz,S.,儿童三级护理中心新诊断免疫性血小板减少性紫癜的临床特征和结果,巴基斯坦医学杂志,34,5,1195(2018)
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。