The biophysics of cancer model systems: combined mathematical and experimental approaches for image analyses and interpretations

癌症模型系统的生物物理学:结合数学和实验方法进行图像分析和解释

基本信息

  • 批准号:
    341981-2013
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.97万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2017-01-01 至 2018-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

We have been acquiring data in the form of images from dividing cancer cells suspended in 3D in cell cultures, as well as modern imaging of cancer growth in mice and rats, capturing their time evolution with and without radiation effects. We propose to augment the conventional analysis of these serial images, from basic change in tumour volume or tumour blood supply, to the inclusion of mathematical biophysical modeling of tumour growth and responses to treatment between the imaging time points. We will create a framework for the interpretation of experiments, which will enhance our understanding, for hypothesis generation, and facilitating design of new experiments. The 3D cell culture system revealed that cells behave much more heterogeneously, even though they are from the same cell line, not seen in Petri dishes. Only a fraction of cells will grow and they do not immediately begin dividing once seeded. With mathematical modeling, we aim to determine the probabilities of cell entering cell cycle, growth rates and investigate the impact of these probabilities with varying concentration of nutrients, as well as effect of radiation.For the animal tumour image analysis, we propose to combine deformable image registration with mathematical models of tumour growth and responses to radiation, including a model of tumour vasculatures as measured by blood flow imaging. The aforementioned models will be our starting points which will guide us to perform future experiments. The proposed work highlights the importance of a combined approach of mathematical modeling and experiments to answer specific scientific questions, especially in tumours that are inherently complex.
我们一直在以细胞培养中悬浮在3D中的分裂癌细胞的图像形式获取数据,以及小鼠和大鼠癌症生长的现代成像,捕捉它们在有和没有辐射影响的情况下的时间演变。我们建议增加这些序列图像的常规分析,从肿瘤体积或肿瘤血液供应的基本变化,到肿瘤生长的数学生物物理模型和成像时间点之间对治疗的反应。我们将创建一个解释实验的框架,这将增强我们的理解,为假设的产生,并促进新实验的设计。3D细胞培养系统显示,即使细胞来自同一细胞系,细胞的行为也更加异质性,这在培养皿中是看不到的。只有一小部分细胞会生长,而且一旦播种,它们不会立即开始分裂。通过数学建模,我们旨在确定细胞进入细胞周期的概率,生长速率,并研究这些概率随营养物质浓度的变化以及辐射的影响。对于动物肿瘤图像分析,我们建议将可变形图像配准与肿瘤生长和辐射反应的数学模型结合起来,包括通过血流成像测量的肿瘤血管模型。上述模型将是我们的出发点,将指导我们进行未来的实验。这项工作强调了数学建模和实验相结合的方法对回答特定科学问题的重要性,特别是在本质上复杂的肿瘤中。

项目成果

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