×

胶质瘤侵袭及其与神经组织和治疗的相互作用:一个多尺度模型。 (英语) Zbl 1429.92052号

小结:考虑到可能的治疗方法,提出了胶质瘤细胞迁移和增殖的多尺度数学模型。从描述亚细胞水平上发生的过程开始,通过矩方程中的抛物极限和希尔伯特展开,建立了介观水平的方程,并导出了宏观模型。在建立了模型并研究了这种宏观环境的适宜性之后,我们研究了纤维在肿瘤动力学中的作用。特别是,我们将重点放在纤维密度函数上,目的是比较文献中的一些常见选择,并了解实际纤维密度和方向描述中出现的差异。最后,基于实际数据的一些数值模拟强调了每个建模过程在宏观方程解的演变中的作用。

MSC公司:

92立方 病理学、病理生理学
92立方厘米 细胞运动(趋化性等)
92立方厘米 发育生物学,模式形成
92 C50 医疗应用(一般)
92年第35季度 与生物、化学和其他自然科学相关的PDE
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] 阿甘吉,I。;Lenglet,C。;北加汉沙德。;雅库布,E。;哈雷尔,北。;汤普森,P.M。;Sapiro,G.,《多主体扩散MRI束成像的霍夫变换全局概率方法》,医学图像。分析。,15, 4, 414-425 (2011)
[2] 阿甘吉,I。;Lenglet,C。;萨皮罗,G。;雅库布,E。;Ugurbil,K。;Harel,N.,恒定立体角内单壳和多壳qball成像中定向分布函数的重建,Magn。Reson公司。医学,64,2554-566(2010)
[3] 阿戈斯蒂,A。;Cattaneo,C。;Giverso,C。;Ambrosi,D。;Ciarletta,P.,《多形性胶质母细胞瘤个性化临床治疗的计算框架》,J.Appl。数学。机械。,98, 12, 2307-2327 (2018)
[4] 阿方索,J.C.L。;Talkenberger,K。;塞弗特,M。;Klink,B。;霍金斯·达鲁德,A。;斯旺森,K.R。;Hatzikirou,H。;Deutsch,A.,《胶质瘤侵袭的生物学和数学模型:综述》,J.Royal Soc.Interface,14,136,20170490(2017)
[5] Ambrosi,D。;Preziosi,L.,《关于肿瘤生长质量平衡模型的闭合》,数学。国防部。方法。申请。美国,12,05,737-754(2002)·Zbl 1016.92016号
[6] 安德森,A.R。;牧师,文学硕士。;Newman,E.L。;斯蒂尔,R.J。;汤普森,A.M.,肿瘤侵袭和转移的数学模型,计算机。数学。方法。M.,2,2,129-154(2000)·Zbl 0947.92012号
[7] 巴罗卡斯,V.H。;Tranquillo,R.T.,《组织等效力学的各向异性双相理论:细胞牵引、纤维网络变形、纤维排列和细胞接触指导之间的相互作用》,J.Biomech。工程,119,2,137-145(1997)
[8] Basser,P.J.,《扩散和扩散张量MR成像:基础》,《大脑和脊椎的磁共振成像》,1752-1767(2008),Lippincott Williams
[9] 北卡罗来纳州贝洛莫。;Bellouquid,A。;Nieto,J。;Soler,J.,《多细胞生长系统建模的复杂性和数学工具》,数学。计算。型号。,51, 5-6, 441-451 (2010) ·Zbl 1190.92001年
[10] 北卡罗来纳州贝洛莫。;Bellouquid,A。;Nieto,J。;Soler,J.,《关于从微观到宏观生长组织模型的渐近理论:透视综述》,数学。国防部。方法。申请。S.,22,01,1130001(2012)·Zbl 1328.92023号
[11] Besserer,J。;美国施耐德,《二级修复细胞存活的轨迹-事件理论》,《辐射》。环境。传记。,54, 2, 167-174 (2015)
[12] Bitsouni,V。;特鲁库·D·。;牧师,文学硕士。;Eftimie,R.,癌细胞生长和侵袭的两种群模型中的聚集和行波动力学,数学。医学生物学。,35, 4, 541-577 (2018) ·Zbl 1410.92030
[13] 布洛伊,L。;Verma,R.,关于从扩散方向分布函数计算潜在纤维方向,医学图像计算和计算机辅助干预,1-8(2008),施普林格
[14] Bondiau,P.Y。;Clatz,O。;Sermesant,M。;Marcy,P.Y。;Delingette,H。;弗伦雷,M。;Ayache,N.,《生物计算:使用扩散张量成像对胶质母细胞瘤生长进行数值模拟》,Phys。医学生物学。,53, 4, 879 (2008)
[15] 博切林,R.K。;McKinley,S.A.,入侵概率的连续近似,多尺度模型。模拟。,16, 2, 551-582 (2018) ·Zbl 1388.60135号
[16] Böttger,K。;Hatzikirou,H。;Chauviere,A。;Deutsch,A.,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。自然酚类。,105-135年7月1日(2012年)·Zbl 1241.92036号
[17] Brenner,D.J.,《线性-二次模型是确定大剂量组分等效剂量的合适方法》,Semin。辐射。Oncol.公司。,18, 4, 234-239 (2008)
[18] Byrne,H.M.,《通过数学解剖癌症:从细胞到动物模型》,《国家癌症评论》,10,3,221(2010)
[19] 牧师,文学硕士。;Lolas,G.,《癌症侵袭组织的数学模型:动态异质性》,Netw。埃特罗格。媒体,1,3,399-439(2006)·Zbl 1108.92023号
[20] Chauviere,A。;Hillen,T。;Preziosi,L.,《各向异性和异质网络组织中细胞运动建模》,Netw。埃特罗格。媒体,2,2,333(2007)·Zbl 1115.92009年
[21] Chicoine,M.R。;Silbergeld,D.L.,《体内外脑肿瘤细胞运动评估》,《神经外科杂志》,82,4,615-622(1995)
[22] Clatz,O。;Sermesant,M。;Bondiau,P.Y。;Delingette,H。;Warfield,S.K。;马兰丹,G。;Ayache,N.,MR图像中脑肿瘤三维生长的真实模拟,扩散与生物力学变形耦合,IEEE T.Med.Imaging,24,10,1334-1346(2005)
[23] Cobzas,D。;莫萨耶比,P。;Murtha,A。;Jagersand,M.,脑纤维黎曼间隙的肿瘤侵袭边缘,医学图像计算和计算机辅助干预,531-539(2009),Springer
[24] 哥伦比亚特区科伦坡。;Giverso,C。;法吉亚诺,E。;Boffano,C。;Acerbi,F。;Ciarletta,P.,《走向胶质母细胞瘤的个性化治疗:在连续力学模型中整合患者特定临床数据》,PLoS One,10,7,e0132887(2015)
[25] 科尔宾,G。;亨特,A。;Klar,A。;施耐德,F。;Surulescu,C.,《胶质瘤侵袭的高阶模型:从双尺度描述到质量密度和动量的有效方程》,数学。国防部。方法。申请。美国,28,09,1771-1800(2018)·Zbl 1411.92034号
[26] 德茅斯,T。;Berens,M.E.,胶质瘤细胞迁移和侵袭的分子机制,J.Neuro-oncol。,70, 2, 217-228 (2004)
[27] 德斯格罗塞利耶,J.S。;Cheresh,D.A.,《癌症中的整合素:生物学意义和治疗机会》,《国家癌症评论》,10,1,9-22(2010)
[28] 恩格尔,C。;Hillen,T。;Knappitsch,M。;Surulescu,C.,胶质瘤遵循白质束:基于DTI的多尺度模型,J.Math。《生物学》,71,3,551-582(2015)·Zbl 1343.92072号
[29] 恩格尔,C。;亨特,A。;Surulescu,C.,《各向异性胶质瘤扩散与增殖的有效方程:多尺度方法及与先前设置的比较》,数学。医学生物学。,33, 4, 435-459 (2016) ·Zbl 1400.92249号
[30] 恩格尔,C。;Knappitsch,M。;Surulescu,C.,胶质瘤扩散的多尺度模型,包括细胞-组织相互作用和增殖,数学。Biosci公司。工程,13,2,443-460(2016)·兹比尔1343.92073
[31] Fangliang,D.,抛物型偏微分方程的最大值原理和应用,IERI Procedia,3198-205(2012)
[32] Fischl,B.,Freesurfer,Neuroimage,第62、2、774-781页(2012年)
[33] Fowler,J.F.,《线性二次公式与分次放射治疗进展》,英国放射医学杂志。,62, 740, 679-694 (1989)
[34] Frieboes,H.B。;Lowengrub,J.S。;怀斯,S。;郑,X。;Macklin,P。;Bearer,E.L.公司。;Cristini,V.,胶质瘤生长和形态的计算机模拟,神经影像,37,S59-S70(2007)
[35] G.Gritsenko,P。;O.伊利娜。;Friedl,P.,癌症侵袭的间质指导,J.Pathol。,226, 2, 185-199 (2012)
[36] E.R.郭士纳。;Chen,P.J。;温,P.Y。;Jain,R.K。;巴切洛,T.T。;Sorensen,G.,用西地拉尼治疗后通过扩散MRI检测到的胶质母细胞瘤扩散的浸润模式,神经肿瘤学,12,5,466-472(2010)
[37] Geuzaine,C。;Remacle,J.F.,Gmsh:一个内置预处理和后处理设施的三维有限元网格生成器,国际期刊Numer。方法。工程师,79,11,1309-1331(2009)·Zbl 1176.74181号
[38] Gevertz,J.L。;Torquato,S.,《血管系统进化对早期脑肿瘤生长的影响建模》,J.Theo。生物学,243,4517-531(2006)·Zbl 1447.92088号
[39] Giese,A。;Bjerkvig,R。;贝伦斯,M.E。;Westphal,M.,《迁移成本:恶性胶质瘤的侵袭及其治疗意义》,J.Clin。Oncol.公司。,21, 8, 1624-1636 (2003)
[40] 医学博士乔瓦纳。;Kaye,A.H.,整合素:胶质瘤侵袭的分子决定因素,临床杂志。神经科学。,14, 11, 1041-1048 (2007)
[41] 哈桑,K.M。;亚历山大·A·L。;Narayana,P.A.,在扩散张量MRI中,分数各向异性是否比相对各向异性具有更好的抗噪特性?分析方法,Magn。Reson公司。医学,51,2,413-417(2004)
[42] Hatzikirou,H。;巴桑塔,D。;西蒙,M。;沙勒,K。;Deutsch,A.,“要么去,要么生长”:肿瘤进展中出现侵袭的关键?,数学。医学生物学。,29, 1, 49-65 (2012) ·Zbl 1234.92031号
[43] Hatzikirou,H。;Deutsch,A。;沙勒,C。;西蒙,M。;Swanson,K.,《胶质母细胞瘤肿瘤发展的数学模型:综述》,《数学》。国防部。方法。申请。《美国》,第15、11、1779-1794页(2005年)·Zbl 1077.92032号
[44] Hillen,T.,(M^5)间充质运动的介观和宏观模型,J.Math。生物学,53,4,585-616(2006)·Zbl 1112.92003年
[45] Hillen,T。;Painter,K.J.,定向生境中运动的迁移和各向异性扩散模型,扩散、个体运动和空间生态学,177-222(2013),Springer·兹比尔1347.92065
[46] 亨特,A。;Surulescu,C.,《胶质瘤侵袭治疗的多尺度建模方法》,越南数学杂志。,45, 1-2, 221-240 (2017) ·Zbl 1372.92044号
[47] Huttenlocher,A。;Horwitz,A.R.,细胞迁移中的整合素,CSH展望。生物,3,9,a005074(2011)
[48] 贾巴迪,S。;Mandonnet,E。;Duffau,H。;卡佩尔,L。;斯旺森,K.R。;佩尔·格林尼·伊斯萨克,M。;吉列文,R。;Benali,H.,利用扩散张量成像模拟低级别胶质瘤的各向异性生长,Magn。Reson公司。医学,54,3616-624(2005)
[49] 詹金森,M。;贝克曼,C.F。;Behrens,T.E。;Woolrich,M.W。;Smith,S.M.,Fsl,《神经影像》,62,2782-790(2012)
[50] Kelkel,J。;Surulescu,C.,组织网络中细胞迁移的多尺度方法,数学。国防部。方法。申请。美国,22,03,1150017(2012)·Zbl 1241.92041号
[51] Khajanchi,S.,最佳治疗下胶质瘤-免疫相互作用数学模型的稳定性分析,国际期刊Nonlin。科学。数字,20,3-4,269-285(2019)·Zbl 1464.92129号
[52] 哈扬奇,S。;Nieto,J.J.,肿瘤免疫竞争系统的数学建模,考虑时间延迟的作用,应用。数学。计算。,340180-205(2019)·Zbl 1428.92039号
[53] Kim,Y。;Roh,S.,胶质母细胞瘤细胞增殖和迁移的混合模型,离散Cont.Dyn.-B、 1969-1015年4月18日(2013年)·Zbl 1301.92032号
[54] 金斯利,P.B。;Monahan,W.G.,扩散各向异性指数的对比噪声比,Magn。Reson公司。医学,53,4,911-918(2005)
[55] 科努科格鲁,E。;Clatz,O。;Bondiau,宾夕法尼亚州。;Delingette,H。;Ayache,N.,《推断脑磁共振图像中的胶质瘤侵袭边缘:建议新的照射边缘》,《医学图像分析》。,14, 2, 111-125 (2010)
[56] Lefrank,F。;布罗奇,J。;Kiss,R.,《胶质母细胞瘤治疗中的未来可能问题:特别强调细胞迁移和迁移胶质母细胞癌细胞对凋亡的抵抗》,J.Clin。Oncol.公司。,23, 10, 2411-2422 (2005)
[57] Lorenz,T。;Surulescu,C.,关于一类多尺度癌细胞迁移模型:在不太规则的函数空间中的适定性,数学。国防部。方法。申请。第24、12、2383-2436条(2014年)·Zbl 1300.92016年
[58] Maini,P.K.,《细胞趋化模型中的空间和时空模式》,J.Math。《生物学》,27,5,507-522(1989)·Zbl 0716.92004号
[59] Mardia,K.V。;Jupp,P.E.,《方向统计》,第494卷(2009年),John Wiley&Sons
[60] Martirosyan,N.L。;Rutter,E.M。;Ramey,W.L。;Kostelich,E.J。;Kuang,Y。;Preul,M.C.,《胶质瘤生物学特性的数学建模:综述》,《数学》。Biosci公司。工程,12,4,879-905(2015)·Zbl 1371.92066号
[61] 马蒂亚斯·罗曼,S。;Gálvez,B.G。;Genís,L。;Yáñez Mó,M。;de la Rosa,G。;Sánchez-Mateos,P。;法国桑切斯-马德里。;Arroyo,A.G.,膜型1-基质金属蛋白酶参与人类单核细胞的迁移,并通过与纤维连接蛋白或内皮的相互作用进行调节,《血液》,105,10,3956-3964(2005)
[62] 薄荷糖,R。;哈特曼,K。;Held-Feindt,J.,《破坏中的迷失:蛋白酶在胶质瘤侵袭和进展中的作用》,《生物化学》。生物物理学。《癌症学报》,1825年,第2期,第178-185页(2012年)
[63] 梅拉尔,G。;斯汀纳,C。;Surulescu,C.,关于涉及细胞收缩力及其对肿瘤侵袭的影响的多尺度模型,离散Cont.Dyn.-B、 20,1189-213(2015)·Zbl 1304.35708号
[64] 梅尔卡皮德,J。;Lopez De Cicco,R。;卡斯特雷萨纳,J.S。;Klein-Szanto,A.J.,基质金属蛋白酶-1/基质金属蛋白酶-3(MMP-3)的表达解释了人类星形细胞瘤细胞系的侵袭性,国际癌症杂志。,106, 5, 676-682 (2003)
[65] Othmer,H.G。;Hillen,T.,从速度跳跃过程导出的传输方程的扩散极限,SIAM J.Appl。数学。,61, 3, 751-775 (2000) ·兹比尔1002.35120
[66] Painter,K.J。;Hillen,T.,神经胶质瘤生长的数学模型:使用扩散张量成像(DTI)数据预测癌症侵袭的各向异性途径,J.Theor。生物学,323,25-39(2013)·Zbl 1314.92083号
[67] 新几内亚帕帕达基斯。;Xing,D。;G.C.休斯顿。;史密斯,J.M。;M.I.史密斯。;M.F.詹姆斯。;帕森斯,A.A。;Huang,C.L.H。;霍尔,L.D。;Carpenter,T.A.,《扩散各向异性旋转不变和对称指数的研究》,Magn。Reson公司。成像,17,6,881-892(1999)
[68] 佩林,M。;Poupon,C。;Rieul,B。;勒鲁,P。;Constantinesco,A。;Mangin,J.F。;LeBihan,D.,临床扫描仪上扩散纤维交叉体模q球成像的验证,Philos。事务处理。伦敦皇家足球俱乐部。生物科学B。,360, 1457, 881-891 (2005)
[69] Rockne,R。;艾尔沃德,E.C。;Rockhill,J.K。;Swanson,K.R.,《脑肿瘤对放射治疗反应的数学模型》,J.Math。生物学,58,4-5,561(2009)·Zbl 1311.92108号
[70] Ruzicka,M.,《Nichtlineare功能分析:Eine Einführung(2006)》,斯普林格·弗拉格
[71] 萨克斯,R.K。;赫拉茨基,L.R。;Hahnfeldt,P.,肿瘤生长和抗血管生成或放射治疗的简单ODE模型,数学。计算。型号。,33, 12-13, 1297-1305 (2001) ·Zbl 1004.92023号
[72] Showalter,R.E.,《Banach空间中的单调算子与非线性偏微分方程》,第49卷(2013年),美国数学学会·Zbl 0870.35004号
[73] 西达尼,M。;韦塞尔斯,D。;穆奈姆内,G。;戈什,M。;Goswami,S。;Sarmiento,C。;Wang,W。;Kuhl,S。;El-Sibai,M。;巴克尔,J.M。;Eddy,R.,Cofilin确定转移癌细胞的迁移行为和转向频率,《细胞生物学杂志》。,179, 4, 777-791 (2007)
[74] 斯汀纳,C。;苏鲁列斯库,C。;Winkler,M.,PDE-ODE系统建模多尺度癌细胞侵袭的全局弱解,SIAM J.Math。分析。,46, 3, 1969-2007 (2014) ·Zbl 1301.35189号
[75] 斯图普,R。;Ruegg,C.,整合素抑制剂到达临床,J.Clin。Oncol.公司。,25, 1637-1638 (2007)
[76] Sun,S。;提图什金,I。;Cho,M.,电刺激对三维胶原支架中间充质干细胞粘附和定向的调节,生物电化学,69,2,133-141(2006)
[77] Swan,A。;Hillen,T。;鲍曼,J.C。;Murtha,A.D.,脑肿瘤扩散的患者特定各向异性扩散模型,B.Math。生物学,80,5,1259-1291(2018)·Zbl 1394.92064号
[78] 斯旺森,K.R。;Alvord,E.C.,灰质和白质胶质瘤差异运动的定量模型,细胞增殖。,33, 5, 317-329 (2000)
[79] 斯旺森,K.R。;Alvord,E.C.,《胶质瘤的虚拟切除:切除程度对复发的影响》,数学。计算。型号。,37, 11, 1177-1190 (2003) ·Zbl 1045.92026
[80] 斯旺森,K.R。;罗斯托米利共和国。;Alvord,E.C.,《预测胶质母细胞瘤切除后单个患者生存率的数学建模工具:原理证明》,英国癌症杂志,98,1,113(2008)
[81] 田中,M.L。;Debinski,W。;Puri,I.K.,胶质瘤进展的混合数学模型,Cell Proliferat。,42, 5, 637-646 (2009)
[82] 托辛,A。;Preziosi,L.,肿瘤生长与基质重塑和纤维化的多阶段建模,数学。计算。型号。,52, 7-8, 969-976 (2010) ·Zbl 1205.92038号
[83] Tuch,D.S。;里斯,T·G。;Wiegell,M.R。;Wedeen,V.J.,复杂神经结构的扩散MRI,神经元,40,5,885-895(2003)
[84] Wang,C.H。;Rockhill,J.K。;Mrugala,M。;皮科克·D·L。;赖,A。;尤森尤斯,K。;沃德劳,J.M。;Cloughesy,T。;Spence,A.M。;Rockne,R。;Alvord,E.C.,《通过将序列成像与新型生物数学模型相结合揭示新诊断胶质母细胞瘤中生长动力学的预测意义》,《癌症研究》,69,23,9133-9140(2009)
[85] Wrensch,M。;Minn,Y。;Chew,T。;邦迪,M。;Berger,M.S.,《原发性脑肿瘤流行病学:当前概念和文献综述》,神经肿瘤学,4,4,278-299(2002)
[86] 津恩,P.O。;马贾丹,B。;Sathyan等人。;辛格,S.K。;Majumder,S。;Jolesz,F.A。;Colen,R.R.,《多形性胶质母细胞瘤水肿/细胞侵袭MRI表型的放射基因组定位》,PloS One,6,10,e25451(2011)
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。