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在我国和许多西方国家，肿瘤，特别是恶性肿瘤已成为危害人类生命健康的重大疾病之一。由于实体肿瘤复杂的毛细血管网络结构和组织特性形成的生理屏障，实体肿瘤治疗的各种药物难以到达肿瘤细胞区域从而有效地杀死肿瘤细胞。因此，研究施药方式及药物在肿瘤中的输运规律，为肿瘤治疗提供理论指导是十分必要的。本文工作是国家自然科学基金项目“肿瘤血液动力学和药物传递(10372026)”的一部分，从生物力学角度研究施药方式和病理生理参数对实体肿瘤中药物影响。
本文在宏观的尺度上建立了三个模型——一维球对称模型、二维药物输运模型以及二维肿瘤细胞生长与药物输运耦合的模型，分析实体肿瘤中药物输运并对不同治疗效果进行探讨。
1．采用一维球形模型研究肿瘤的一些病理生理参数对药物输运的影响，探讨药物的注射方式，对构造合理优化的施药策略提供数值模拟的依据。设肿瘤中毛细血管网成球对称分布，肿瘤中单位体积的毛细血管面积为半径的函数。药物透过毛细血管壁进入肿瘤间质，在肿瘤间质中的输运满足扩散方程。肿瘤外部正常组织富含血管和淋巴，药物能被淋巴管吸收，药物输运采用改进的药代动力学模型。
2．在根据肿瘤血管分布特性，以及生理结构特点数值生成的二维血管网中，研究肿瘤的病理生理参数对肿瘤中药物浓度分布的影响，并对不同的施药策略进行探讨。模型进一步考虑了肿瘤间质生理液的流动、间质中药物被抗原结合以及药物的代谢等因素对自由抗体药物浓度的影响。
3．在一维球对称模型以及二维肿瘤血管网模型的基础上，考虑肿瘤细胞生长和药物治疗耦合。同样采用根据肿瘤结构特征数值生成的二维平面血管网，研究了(1)药物进入肿瘤的同时，肿瘤细胞生长繁殖；(2)肿瘤内部微环境变化对药物疗效的影响。如肿瘤内部单位体积毛细血管面积的变化导致进入肿瘤间质中的药物剂量和分布的变化、肿瘤微环境的pH值对肿瘤细胞药物敏感性的影响、肿瘤间质中的营养液引起的肿瘤细胞增殖休眠等。
结果表明(1)由于肿瘤问质高压且内部低压强梯度，可以忽略生理流体的对流效应对药物传递的影响；(2)改变一些生理病理参数能够改善肿瘤内部的药物浓度分布。如增大肿瘤间质中毛细血管对药物的通透性，提高药物在肿瘤间质的扩散系数，以及降低药物和肿瘤间质抗原的亲和性等；(3)药物治疗时，可根据肿瘤细胞的具体特性，以及药物施加方式对肿瘤细胞产生的不同作用来组合设计相应的优化施药方案。如维持血浆中药物浓度较为平稳的注射方式，能够持续抑制肿瘤细胞增殖；而使血浆在较短时间内获得较高浓度的注射方式，只能在浓度较高的时段对肿瘤细胞有效地抑制和杀伤。
本文工作特色1．迄今为止，肿瘤药物输运的数值研究均应用集中参数模型，或人为设计的单血管、多血管模型。本工作应用根据肿瘤生理结构特点生成的微血管网模型，结合血液动力学研究肿瘤药物的输运，尚属首次，未见报道。
2．提出了“对肿瘤细胞杀伤有效的最小药物浓度(MEC)水平以上的时间曲线下面积--AUC”这一概念，以此来衡量药物的疗效。
3．综合性研究了多因素对肿瘤药物输运的影响，以及肿瘤生长-药物输运。
4．R．K．Jain(世界著名肿瘤研究学者，哈佛医学院教授)提出了“Dynamical”施药的设想，但未见后继研究报道。本工作从血液动力学和质量输运出发，首次在理论上得出了若干有较好疗效的“Dynamics”施药方案。