癌症演变的高维组学数据分析与多尺度随机动力学建模
结题报告
批准号:
11831015
项目类别:
重点项目
资助金额:
250.0 万元
负责人:
邹秀芬
依托单位:
学科分类:
生物与生命科学中的数学
结题年份:
2023
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
邹秀芬
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中文摘要
阐明癌症发病机理和开发有效的癌症治疗方法是人类健康的重大需求。癌症组学数据呈几何增长,急需发展新的数学理论和方法来解析这些数据以便更系统地理解癌症动态演变机制。本项目旨在发展新的多尺度随机建模框架和计算工具研究癌症的异质性和随机性如何影响免疫系统和癌症的演变。研究内容包括:在张量计算框架下发展高维组学数据的定量描述与集成方法,提取癌症演变过程重要的特征信息;利用微分方程和种群动力学建模理论,结合优化算法与并行计算等方法,探索从分子、细胞和组织不同层次耦合来刻画癌症演变动力学过程的新随机混合模型的建立;运用多尺度分析、区域控制理论与随机模拟等技术,研究癌症异质性的随机动力学。综合以上数据驱动和模型驱动方法所识别的关键基因、分子、信号通路和生物标记物等理论预测结果,进行生物学实验验证,揭示肝癌发生演变与肝炎病毒感染及免疫微环境的关系和调控机制,为创新癌症免疫治疗方法和药物研发提供新思路和新方法
英文摘要
Elucidating cancer pathogenesis and developing novel anti-cancer therapies are of great significance for human health. It is urgently needed that revolutionary mathematical theories and methods be developed for analyzing cancer multi-omics data with exponentially growth in order to achieve a more reliable and comprehensive understanding of dynamically evolutionary mechanisms of cancer. This project aims at developing novel multiscale and stochastic modeling framework as well as computational tools to investigate the spatial and temporal dynamics of cancer development in order to understand how tumor heterogeneity and stochasticity affect the immune system and cancer progression. Specifically, under the framework of tensor computation and decomposition, computational approaches to quantitatively describe and integrate multi-omics datasets of cancer are developed and main features and key information are extracted. Then, based on this integrated information, we will explore new multi-scale stochastic modeling that describe the dynamics of cancer evolution at the molecular, cellular and tissue scales by combining modeling techniques for differential equations and population dynamics and algorithms for optimization and parallel computations. Furthermore, we will integrate multi-scale analysis, domain control theory and stochastic simulations to study stochastic dynamics in cancer heterogeneity. These systematic predictions of critical factors, including genes, molecular, signal pathways and biomarkers, derived from the above integrative data-driven and model-driven approaches will be validated by biological experiments. These results will be used to reveal the interplay between the evolution of hepatocellular carcinoma and hepatitis virus infection and the immune microenvironment and the regulation mechanisms. These results will provide novel ideas and new approaches for innovating cancer immunotherapies and developing effective therapeutic strategies.
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1093/jmcb/mjab005
发表时间:2021-08-18
期刊:Journal of molecular cell biology
影响因子:5.5
作者:Sun Y;Zhao H;Zhou G;Guan T;Wang Y;Gao J
通讯作者:Gao J
DOI:10.1016/j.camwa.2022.03.012
发表时间:2022-03-24
期刊:COMPUTERS & MATHEMATICS WITH APPLICATIONS
影响因子:2.9
作者:Li, Sicheng;Wang, Shun;Zou, Xiufen
通讯作者:Zou, Xiufen
DOI:10.3233/JIFS-189659
发表时间:2021
期刊:Journal of Intelligent & Fuzzy Systems
影响因子:--
作者:Min Wu;Junhua Xu;Shanshan Zhu;Jinzhi Lei;Jie Gao
通讯作者:Jie Gao
DOI:10.3934/mbe.2022190
发表时间:2022-01-01
期刊:MATHEMATICAL BIOSCIENCES AND ENGINEERING
影响因子:2.6
作者:Xiao, Yuyang;Shen, Juan;Zou, Xiufen
通讯作者:Zou, Xiufen
Control of multilayer biological networks and applied to target identification of complex diseases
多层生物网络控制及其应用于复杂疾病的靶标识别
DOI:10.1186/s12859-019-2841-2
发表时间:2019-05
期刊:BMC Bioinformatics
影响因子:3
作者:Zheng Wei;Wang Dingjie;Zou Xiufen
通讯作者:Zou Xiufen
肿瘤生态微环境的数学建模与自适应控制
  • 批准号:
    12126355
  • 项目类别:
    数学天元基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    邹秀芬
  • 依托单位:
复杂疾病的多层网络建模与优化控制
  • 批准号:
    61672388
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    邹秀芬
  • 依托单位:
感染性疾病调控网络的动力学模型与并行算法
  • 批准号:
    91230118
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    70.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    邹秀芬
  • 依托单位:
抗病毒天然免疫反应信号转导机制的建模、优化与控制
  • 批准号:
    61173060
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    56.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    邹秀芬
  • 依托单位:
基于数学规划的解高维多目标优化问题的异步并行进化算法
  • 批准号:
    61070007
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    11.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    邹秀芬
  • 依托单位:
细胞信号转导的数学建模和演化优化
  • 批准号:
    60573168
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    24.0万元
  • 批准年份:
    2005
  • 负责人:
    邹秀芬
  • 依托单位:
国内基金
海外基金