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模拟血管生成的对流元方法。 (英语) Zbl 1194.92044号

摘要:我们描述了一种新的对流元素方法(CEM),用于模拟肿瘤生成的生长因子在血管生成过程中诱导的功能性血管的形成。血管生成通常由定义在连续域上的对流-扩散反应方程来模拟。当使用连续方法来表示离散血管结构的形成时,会出现困难。CEM通过使用混合连续/离散求解方法解决了这一难题,该方法允许对血管尖端进行无网格追踪,追踪出随后用于定义紧凑血管元素的路径。与更传统的血管生成建模不同,新的分支形成进化网格,能够模拟生物和化学因子的运输,如营养和抗血管生成剂。该方法在一组选定条件下的说明性血管生长和肿瘤反应模拟中进行了演示,包括营养物质输送和血管分支抑制的影响。初步结果表明,CEM可以定性预测生物学上合理且功能齐全的血管结构的发展。目前正在进行研究,以推广这种方法,从而实现定量预测。

理学硕士:

92 C50 医疗应用(通用)
35K57型 反应扩散方程
62M99型 随机过程推断
92立方厘米 发育生物学,模式形成
65C20个 概率模型,概率统计中的通用数值方法
92年第35季度 与生物、化学和其他自然科学相关的PDE
65N99型 偏微分方程边值问题的数值方法
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全文: 内政部

参考文献:

[1] Alarcon T.、Byrne H.、Maini P.和Panovska J.(2006年)。血管生成和血管适应的数学模型。收录:Patony,R.和McNamara,L.(编辑)《多学科研究》,第3卷。Elsevier B.V.,阿姆斯特丹
[2] Ambrosi D.和Preziosi L.(2002年)。关于肿瘤生长质量平衡模型的闭合。数学。模型方法应用。科学。12(5): 737–754 ·Zbl 1016.92016号 ·doi:10.1142/S02182050201001878
[3] 安德森·A.R.A.和牧师M.A.J.(1998年)。肿瘤诱导血管生成的连续和离散数学模型。牛市。数学。生物编号60:857–899·Zbl 0923.92011号 ·doi:10.1006/bulm.1998.0042
[4] Bauer A.L.、Jackson T.L.和Jiang Y.(2007)。一种基于细胞的模型,在肿瘤诱导的血管生成过程中表现出分支和吻合。生物物理学。期刊92:3105–3121·doi:10.1529/biophysj.106.101501
[5] Bellomo N.、De Angelis E.和Preziosi L.(2003年)。与肿瘤演化和医学治疗相关的多尺度建模和数学问题。J.西奥。医学5:111–136·Zbl 1107.92020号 ·doi:10.1080/1027336042000288633
[6] Breward C.J.W.、Byrne H.M.和Lewis C.E.(2001年)。模拟血管肿瘤内微环境中肿瘤细胞与血管之间的相互作用。。欧洲应用杂志。数学。12(5): 529–556 ·兹伯利0987.92019 ·doi:10.1017/S09567925010448X
[7] 牧师M.A.J.、麦克道格尔S.R.和安德森A.R.A.(2006年)。肿瘤诱导血管生成的数学模型。每年。生物识别版本。工程2006(8):233–257·Zbl 1130.92036号 ·doi:10.1146/annurev.bioeng.8.061505.095807
[8] 牧师M.A.J.和Preziosi L.(2000年)。肿瘤肿块生长发育的宏观模型,内部报告编号27。意大利都灵理工大学
[9] Chorin A.J.(1973)。微粘性流动的数值研究。J.流体力学。57: 785–796 ·doi:10.1017/S0022112073002016
[10] Cristini V.、Lowengrub J.和Nie Q.(2003年)。肿瘤生长的非线性模拟。数学杂志。生物学46:191–224·Zbl 1023.92013年 ·doi:10.1007/s00285-002-0174-6
[11] Davis B.(1990)。强化随机行走。普罗巴伯。理论相关领域84:203–229·Zbl 0665.60077号 ·doi:10.1007/BF01197845
[12] DeAngelis E.和Preziosi L.(2000年)。实体瘤体内进化的平流扩散模型和相关的自由边界问题。数学。国防部。方法。应用程序。科学。10(3): 379–407 ·Zbl 1008.92017年9月 ·doi:10.1016/S0218-2025(00)00023-9
[13] 爱因斯坦:布朗运动理论研究。多佛出版公司,纽约(1956年)·Zbl 0071.41205号
[14] Holmes M.J.和Sleeman B.D.(2000年)。结合细胞牵引和粘弹性效应的肿瘤血管生成数学模型。J.西奥。生物学202:95–112·doi:10.1006/jtbi.1999.1038
[15] Jain R.K.(1988年)。肿瘤血流量的决定因素,综述。癌症研究44:2641-2656
[16] Less J.R.、Skalak T.C.、Sevick E.M.和Jain R.K.(1991年)。乳腺癌中的微血管构筑:分支模式和血管尺寸。。微循环4(1):25–33·doi:10.3109/10739689709148315
[17] Less J.R.、Posner M.C.、Skalak T.C.、Wolmark N.和Jain R.K.(1997年)。人类结直肠癌的快速通讯几何阻力和微血管网络结构。微循环4(1):25–33·doi:10.3109/10739689709148315
[18] Levine H.A.、Sleeman B.D.和Nilsen-Hamilton M.(2000年)。周细胞和巨噬细胞在血管生成启动中作用的数学模型,I:蛋白酶抑制剂在预防血管生成中的作用。数学。Biosci公司。168: 77–115 ·Zbl 0986.92016号 ·doi:10.1016/S0025-5564(00)00034-1
[19] Levine H.A.、Palmuk S.、Sleeman B.D.和Nielsen-Hamilton M.(2001年)。肿瘤血管生成中毛细血管形成和发展的数学模型:穿透基质。牛市。数学。生物学63:195–238·Zbl 1323.92029 ·doi:10.1006/bulm.2001.0240
[20] Levine H.A.、Sleeman B.D.和Nielsen-Hamilton M.(2001年)。毛细血管形成开始引发血管生成的数学模型。数学杂志。生物学42:195–238·Zbl 0977.92013年 ·doi:10.1007/s002850000037
[21] Mantzaris N.、Webb S.和Othmer H.G.(2004年)。肿瘤诱导血管生成的数学模型。数学杂志。生物学49:111–187·Zbl 1109.92020号 ·doi:10.1007/s00285-003-0262-2
[22] McDougall S.R.、Anderson A.R.A.、Chaplain M.A.J.和Sherrat J.A.(2002年)。流经血管网络的流量的数学模型:对肿瘤诱导的血管生成和化疗策略的影响。牛市。数学。生物学64:673–702·Zbl 1334.92106号 ·doi:10.1006/bulm.2002.0293
[23] NCI公司:http://press2.nci.nih.gov/sciencebehind/血管生成(2003年)
[24] Orme M.E.和牧师M.A.J.(1996年)。肿瘤相关血管生成第一步的数学模型:毛细血管芽形成和二次分支。IMA数学杂志。申请。医学生物学。13: 73–98 ·Zbl 0849.92009号 ·doi:10.1093/imammb/13.273
[25] Othmer H.G.和Stevens A.(1997年)。聚集、爆炸和崩溃:出租车在强化随机行走中的ABC。SIAM J.应用。数学。57(4): 1044–1081 ·Zbl 0990.35128号 ·doi:10.1137/S00361399995288976
[26] Papetti M.和Herman I.M.(2002年)。正常和肿瘤衍生血管生成的机制。美国生理学杂志。细胞生理学。282:C947–C970
[27] Patankar S.V.(1980)。数值传热和流体流动。纽约州麦格劳-希尔·Zbl 0521.76003号
[28] Pindera M.-Z.和Talbot L.(1988年)。火焰建模中的一些流体动力学考虑。库布斯特。火焰73:111–125·doi:10.1016/0010-2180(88)90041-7
[29] Pindera,M.Z.,Ding,H.,Chen,Z.,Przekwas,A.J.:血管生成肿瘤动力学和治疗的模拟。NIH报告8492,Grant#R43 CA 97827-01,2003年8月
[30] Pindera,M.Z.,Bayyuk,S.B.,Upadhya,V.,Przekwas,A.J.:多维微系统中一维、亚网格组件和现象建模的计算框架。MEMS/MOEMS的设计、测试、集成和封装论文集,SPIE,法国巴黎,第4109卷,第272-279页(2000)
[31] Preziosi L.(2003年)。癌症建模与仿真。博卡拉顿CRC出版社·Zbl 1039.92022号
[32] Pries A.R.、Secomb T.W.、Gessner T.、Sperandio M.B.、Gross J.F.和Gaehtgens P.(1994年)。体内微血管的血流阻力。循环。第75号决议:904–915
[33] Pries A.R.、Secomb T.W.和Gaehtgens P.(1998年)。微血管网络的结构适应性和稳定性:理论和模拟。美国生理学杂志。275:H349–H360
[34] Secomb,T.W.,Hsu,R.,Dewhirst,M.W.:微血管网络和周围组织之间的氧交换模型。生物传热传质进展,ASME HTD-231(1992)
[35] 北卡罗来纳州塞帕:一记射中心脏的镜头显示了希望。http://www.sciencenews.org/sn_arc98/2_28_98/feb1.html (1998)
[36] Stephanou A.、McDougall S.R.、Anderson A.R.A.和牧师M.A.J.(2005年)。二维和三维血管网络中流动的数学模型:应用于抗血管生成和化疗药物策略。数学。计算。模型。41: 1137–1156 ·1080.92050兹罗提 ·doi:10.1016/j.mcm.2005.05.008
[37] Stephanou A.、McDougall S.、Anderson A.和牧师M.A.J.(2006年)。血液流变学特性对适应性肿瘤诱导血管生成影响的数学模型。数学。计算。模型。44: 96–123 ·Zbl 1130.92036号 ·doi:10.1016/j.mcm.2004.07.021
[38] Van Doormal J.P.和Raithby G.D.(1984年)。SIMPLE方法预测不可压缩流体流动的增强功能。数字。热传输。7: 147–163 ·Zbl 0553.76005号 ·doi:10.1080/01495728408961817
[39] Zheng X.、Wise S.M.和Cristini V.(2005年)。通过自适应有限元/水平集方法对肿瘤坏死、新生血管化和组织侵袭进行非线性模拟。牛市。数学。生物67:211–259·Zbl 1334.92214号 ·doi:10.1016/j.bulm.2004.08.001
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