×

迁移细胞群格子气细胞自动机模型中单个细胞轨迹的分析。 (英语) Zbl 1334.92063号

摘要:在正常和疾病条件下,迁移细胞群体的集体动力学驱动着组织形成和维持的关键过程。组织水平上的集体细胞行为的典型特征是考虑细胞密度模式,如集群和移动的细胞前沿。然而,也有与个体细胞行为相关的集体动力学的重要观察结果。特别是,单个细胞的轨迹是迁移细胞群体中涌现行为的足迹。格子细胞自动机(LGCA)已被证明能够成功地建模和分析迁移细胞相互作用产生的集体行为。在LGCA模型中,有成熟的方法来分析细胞密度模式。尽管LGCA动力学是由基于细胞的规则定义的,但单个细胞是不可区分的。因此,到目前为止,LGCA还无法分析单个细胞的轨迹。在这里,我们扩展了经典的LGCA框架,以允许标记和跟踪单个细胞。我们考虑迁移细胞种群的细胞数守恒LGCA模型,其中细胞相互作用受局部细胞密度调节,并推导出近似LGCA中单个细胞轨迹的随机微分方程。该结果可以预测LGCA模型中出现的复杂单个细胞轨迹,并且是在单个细胞水平上进行模型实验比较的基础。

MSC公司:

92立方厘米 细胞运动(趋化性等)
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Alarcón T,Byrne HM,Maini PK(2003)非均匀环境中肿瘤生长的细胞自动机模型。《Theor生物学杂志》225(2):257-274·Zbl 1464.92060号 ·doi:10.1016/S0022-5193(03)00244-3
[2] Arratia R(1983)z.Ann Prob 11:362-373上简单对称排斥系统中标记粒子的运动·Zbl 0515.60097号 ·doi:10.1214/aop/1176993602
[3] Badoual M、Deroulers C、Aubert M、Grammaticos B(2010)《细胞间通讯及其对肿瘤侵袭的影响建模》。《物理生物学》7(4):046013·doi:10.1088/1478-3975/7/4/046013
[4] Bergman AJ,Zygurakis K(1999)淋巴细胞在纤连蛋白涂层表面上的迁移:迁移参数的时间演变。生物材料20(23):2235-2244·doi:10.1016/S0142-9612(99)00154-4
[5] Binder BJ、Landman KA、Newgreen DF、Simkin JE、Takahashi Y、Zhang D(2012)《多物种排斥过程的空间分析:胚胎肠道神经嵴细胞迁移的应用》。公牛数学生物学74(2):474-490·兹比尔1237.92007 ·数字对象标识代码:10.1007/s11538-011-9703-z
[6] Bloomfield JM、Sherrat JA、Painter KJ、Landini G(2010),镶嵌组织细胞更新的细胞自动机和积分微分方程模型。J R Soc接口7(52):1525-1535·doi:10.1098/rsif.2010.0071
[7] Böttger K,Hatzikirou H,Chauviere A,Deutsch A(2012)迁移/增殖二分法及其对无血管胶质瘤侵袭的影响的研究。数学模型Nat Phenom 7(1):105-135·Zbl 1241.92036号 ·doi:10.1051/mmnp/20127106
[8] Böttger K,Hatzikirou H,Voss-Böhme A,Cavalcanti Adam EA,Herrero MA,Deutsch A(2015),肿瘤生长中的新兴allee效应。普洛斯计算机生物学(出版中)
[9] Bryant DM,Mostov KE(2008),从细胞到器官:构建极化组织。Nature Rev Mol细胞生物学9:887-901·doi:10.1038/nrm2523
[10] Bussemaker HJ,Deutsch A,Geigant E(1997)集体运动细胞自动机模型中动态相变的平均场分析。物理评论稿78:5018-5021·doi:10.1103/PhysRevLett.78.5018
[11] Capasso V,Bakstein D(2012)《连续时间随机过程导论》。瑞士比克豪泽·Zbl 1261.60001号 ·doi:10.1007/978-0-8176-8346-7
[12] Carmeliet P(2003)《健康和疾病中的血管生成》。国家医学9(6):653-660·doi:10.1038/nm0603-653
[13] Chopard B、Ouared R、Deutsch A、Hatzikirou H、Wolf-Gladrow DA(2010)《生物的晶格气体细胞自动机模型:从流体到细胞》。生物学报58(4):329-340·doi:10.1007/s10441-010-9118-5
[14] Deutsch A,Dormann S(2005)生物模式形成的细胞自动机建模。瑞士比克豪泽·Zbl 1154.37007号
[15] Dormann S,Deutsch A(2002)用混合细胞自动机对自组织无血管肿瘤生长进行建模。硅胶2(3):393-406
[16] Dormann S,Deutsch A,Lawniczak AT(2001)《细胞自动机模型中类图灵模式形成的傅里叶分析》。未来通用组件Sy 17(7):901-909·Zbl 1050.68101号 ·doi:10.1016/S0167-739X(00)00068-6
[17] Drasdo D,Höhme S(2005)体外肿瘤生长的单细胞模型:单层和球形。物理生物学2(3):133·doi:10.1088/1478-3975/2/3/01
[18] Drasdo D,Kree R,McCaskill JS(1995)组织细胞群的蒙特卡罗方法。物理版E 52(6):6635-6656·doi:10.1103/PhysRevE.52.6635
[19] Ermentrout GB,Edelstein-Keshet L(1993)细胞自动机生物建模方法。《Theor生物学杂志》160(1):97-133·doi:10.1006/jtbi.1993.1007
[20] Friedl P,Gilmour D(2009)《形态发生、再生和癌症中的集体细胞迁移》。Nat Rev Mol细胞生物学10:445-457·doi:10.1038/nrm2720
[21] Galle J,Hoffmann M,Aust G(2009)从单细胞到组织架构自下而上的方法来建模复杂多细胞系统的时空组织。数学生物学杂志58:261-283·Zbl 1161.92021号 ·文件编号:10.1007/s00285-008-0172-4
[22] Gardiner CW(1998)《随机方法手册》。纽约州施普林格·Zbl 0934.60003号
[23] Glazier JA,Graner F(1993)《生物细胞差异粘附驱动重排的模拟》。物理版E 47(3):2128-2154·doi:10.1103/PhysRevE.47.2128
[24] Graner F,Glazier JA(1992)使用二维扩展potts模型模拟生物细胞分类。物理评论稿69:2013-2016·doi:10.1103/PhysRevLett.69.2013
[25] Hardy J,De Pazzis O,Pomeau Y(1976)经典晶格气体的分子动力学:输运性质和时间关联函数。物理学评论A 13(5):1949-1962·doi:10.1103/PhysRevA.13.1949
[26] Harris TE(1965)粒子间碰撞的扩散。J应用程序探针2:323-338·Zbl 0139.34804号 ·数字对象标识代码:10.2307/3212197
[27] Hatzikirou H、Basanta D、Simon M、Schaller K、Deutsch A(2006年):肿瘤进展中侵袭出现的关键?数学医学生物学29(1):49-65·Zbl 1234.92031号 ·doi:10.1093/imammb/dqq011
[28] Hatzikirou H,Böttger K,Deutsch A(2015)基于模型的细胞密度依赖性细胞迁移策略的比较。数学模型Nat Phenom 10(1):94-107·Zbl 1334.92056号 ·doi:10.1051/mmnp/201510105
[29] Hatzikirou H,Brusch L,Deutsch A,Schaller C,Simon M(2006)胶质瘤侵袭的格子气细胞自动机模型中的游动前沿行为表征。数学模型-数学应用科学15:1779-1794·Zbl 1077.92032号 ·doi:10.1142/S0218205000960
[30] Hatzikirou H,Brusch L,Schaller C,Simon M,Deutsch A(2010)肿瘤侵袭的格子-气体细胞自动机模型中行进前沿行为的预测。计算数学应用59(7):2326-2339·Zbl 1193.76109号 ·doi:10.1016/j.camwa.2009.08.041
[31] Knapp DM、Tower TT、Tranquillo RT、Barocas VH(1999)等径细胞牵引试验中细胞牵引和迁移的评估。美国化学工程师学会J 45(12):2628-2640·doi:10.1002/aic.690451219
[32] Liggett TM(1985)《相互作用粒子系统》。纽约州施普林格·Zbl 0559.60078号 ·doi:10.1007/978-1-4613-8542-4
[33] Mente C、Prade I、Brusch L、Breier G、Deutsch A(2012)体外新生血管生成的格子气细胞自动机模型。物理学报Pol B 5(1):99-115
[34] Merks RMH,Glazier JA(2005)以细胞为中心的发育生物学方法。物理学A 352(1):113-130·doi:10.1016/j.physa.2004.12.028
[35] Oelschläger K(1989)多粒子系统及其动力学的连续描述·Zbl 0659.60134号
[36] Pézeron G,Mourrain P,Courty S,Ghislain J,Becker TS,Rosa FM,David NB(2008)内胚层形成的实时分析确定随机行走是一种新的原肠胚形成运动。当前生物18(4):276-281·doi:10.1016/j.cub.2008.01.028
[37] Polyak K,Weinberg RA(2009),上皮和间充质状态之间的转换:获取恶性和干细胞特征。Nat Rev Cancer杂志9(4):265-273·doi:10.1038/nrc2620
[38] Pomeau B,Hasslacher Y,Frisch U(1986)Navier-stokes方程的格子-气体自动机。物理评论稿56(14):1505-1509·doi:10.1103/PhysRevLett.56.1505
[39] Rejniak KA,Anderson ARA(2011),肿瘤生长的混合模型。Wiley Interdiscip Rev系统生物医学3(1):115-125·doi:10.1002/wsbm.102
[40] Row RH,Maêtre J,Martin BL,Stockinger P,Heisenberg C,Kimelman D(2011)斑马鱼中胚层上皮细胞向间质细胞过渡的完成需要铲形金属。开发生物354(1):102-110·doi:10.1016/j.ydbio.2011.03.025
[41] Shreiber DI、Barocas VH、Tranquillo RT(2003),成纤维细胞介导的凝胶压实过程中细胞迁移和牵引的时间变化。生物物理学J 84(6):4102-4114·doi:10.1016/S0006-3495(03)75135-2
[42] Simpson MJ、Landman KA、Hughes BD(2009)排除过程中的路径。物理版E 79(3):031920·doi:10.1103/PhysRevE.79.031920
[43] Steeg PS(2006)《肿瘤转移:机理见解和临床挑战》。《国家医学》12(8):895-904·doi:10.1038/nm1469
[44] Voss-Böhme A,Deutsch A(2010)细胞分选动力学的细胞基础。《Theor生物学杂志》263(4):419-436·Zbl 1406.92066号 ·doi:10.1016/j.jtbi.2009.12.011
[45] Wolf-Gradrow DA(2000)晶格气体细胞自动机和晶格玻尔兹曼模型:导论。纽约州施普林格·Zbl 0999.82054号 ·数字对象标识代码:10.1007/b72010
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。