Семинар по математическому моделированию в биологии и медицине под руководством профессора В. Вольперта

Докладчик: Кузнецов Максим Борисович, младший научный сотрудник Физического Института им. П.Н. Лебедева РАН и Междисциплинарного научного центра «Математическое моделирование в биомедицине» Российского Университета Дружбы Народов.

Тема доклада: Исследование прогрессии солидной опухоли с помощью дарвиновской математической модели.

Аннотация. Одной из ключевых характеристик злокачественных клеток является высокая частота мутаций в их геноме, приводящая к росту агрессивности раковых опухолей со временем и обуславливающая возникновение резистентности опухолей к химиотерапевтическим препаратам. Однако в подавляющем большинстве работ по математическому моделированию онкологических заболеваний злокачественная опухоль рассматривается как моноклональная популяция клеток, каждая из которых имеет одинаковые характеристики. Такой подход не позволяет моделировать опухолевую прогрессию, что серьезно ограничивает его потенциал. Этот недостаток привел к появлению более сложных моделей, в которых популяция опухолевых клеток структурирована по фенотипическому параметру, определяющему свойства отдельных клеток.

В данной работе представлена новая непрерывная пространственно-распределенная модель прогрессии солидной опухоли, в которой в явном виде учитываются мутации/эпимутации опухолевых клеток, происходящие при их делении. В модели учтены две причины перемещения опухолевых клеток в пространстве: их собственная подвижность и конвективные потоки, возникающие из-за пролиферации клеток в несжимаемой ткани. Проведено исследование прогрессии модельной солидной опухоли при фенотипических изменениях, которые оказывают взаимно обратное влияние на скорость пролиферации и подвижность клеток, увеличивая значение одного из параметров при уменьшении другого. Биологическое обоснование задачи связано с тем, что пролиферация и подвижность клеток зависят от двух параллельных метаболических путей, каждый из которых активно использует глюкозу: пентозофосфатный путь генерирует необходимые элементы для синтеза аминокислот, нуклеотидов и жирных кислот; в то время как гликолиз является основным путем для производства энергии, используемой для движения злокачественных клеток. При этом имеются экспериментальные свидетельства о том, что ингибирование одного из ферментов, связанных с одним из этих двух процессов, замедляет соответствующий процесс и ускоряет другой.