肿瘤力学特性对其生长以及免疫响应的影响建模分析

• 作 者: 昝大立
• 出 处: 太原理工大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: 肿瘤生长 力学特性 免疫系统 肿瘤建模 Cellular Potts Model

癌症,即恶性肿瘤是目前最难以治愈的疾病之一,肿瘤细胞利用其无限增殖及侵袭和转移等特性在患者体内快速增殖,严重危害人体健康。免疫系统作为人体执行免疫应答及免疫功能的重要系统,本身具有识别和清除外来抗原及体内发生突变细胞的功能,但是由于肿瘤细胞的低免疫原性和免疫抑制等特性,使肿瘤能够逃避免疫系统的识别和清除。因此,根据肿瘤细胞和免疫系统不同的状态,肿瘤与免疫系统会出现三种不同的相互作用关系,分别是肿瘤被清除、肿瘤与免疫系统相平衡以及肿瘤逃逸。目前许多研究发现肿瘤的生长发展与细胞及肿瘤微环境中的力学特性存在联系。肿瘤细胞的硬度或肿瘤细胞间粘附力以及细胞外基质硬度、肿瘤细胞与细胞外基质间粘附力的改变往往与肿瘤的生长及扩散情况相互关联。本论文通过数学建模方式,基于Cellular Potts Model理论建模分析了力学特性对于肿瘤生长以及肿瘤与免疫系统间关系的影响。第二章通过建立了包含细胞外基质(ECM)的二维肿瘤生长模型,探讨了力学特性对肿瘤生长的影响。发现细胞硬度的增加会促进肿瘤的生长,而细胞外基质刚度的增加会抑制肿瘤的生长。另外,细胞-细胞间以及细胞-ECM间的粘附力增加都有利于肿瘤细胞的增殖。第三章中,我们将肿瘤生长模型与免疫反应模型结合,建立了肿瘤-免疫反应模型,利用该模型研究了肿瘤细胞间粘附性的变化对于肿瘤在免疫环境中发展的影响。结果表明,肿瘤间粘附性的增加不利于肿瘤免疫逃逸,肿瘤间粘附力的降低有利于肿瘤免疫逃逸的发生。第四章我们对肿瘤-免疫反应模型进行改进,通过模型研究了免疫系统中抗原呈递环节对于免疫监视系统的影响。研究结果显示抗原呈递细胞寿命的大幅降低免疫反应强度,促进肿瘤的逃逸扩散。最后在第五章,通过建立肿瘤-免疫交互模型,分析了肿瘤不同发展阶段下力学特性对于肿瘤发生发展的影响。结果表明在肿瘤发展的早期,具有正常监视杀伤功能的免疫系统能够有效抑制有较强的入侵扩散能力的肿瘤细胞。综上所述,本文将肿瘤力学特性与免疫反应相结合,探讨了细胞力学特性在多种不同情况下对肿瘤生长发展的具体影响,尝试探索力学特性的变化对于肿瘤生长以及肿瘤与免疫系统间关系的影响,以此更好的了解恶性肿瘤在人体内的发展机理。