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Type: Tese de Doutorado
Title: Modelos de reação difusão para o crescimento de tumores
Authors: Silvio da Costa Ferreira Junior
First Advisor: Marcelo José Lobato Martins
First Co-advisor: Jose Guilherme Martins A Moreira
metadata.dc.contributor.advisor-co2: Marcelo José Vilela
Abstract: Nesta tese de doutoramento, apresentamos uma nova proposta para simular o crescimento de tumores. Essa proposta, consiste em associar regras microscópicas estocásticas, que descrevem a dinâmica celular, com equações de reação-difusão macroscópicas, que descrevem as concentrações das diversas substâncias (nutrientes, fatores de crescimento, drogas quimioterápicas) no tecido. Aplicamos esse método para simular a dinâmica e, principalmente, a morfologia de tumores in situ. Especificamente, usamos modelos cinéticos efetivos para simular a divisão, morte e movimento celular dependentes das concentrações citadas acima. Primeiramente, um modelo no qual interações entre células cancerosas são mediadas por fatores de crescimento que determinam as ações celulares foi estudado. Esse modelo exibe uma grande diversidade de morfologias para os tumores que evoluem no tempo seguindo leis de Gompertz. Em seguida, um novo modelo, no qual a competição por nutrientes determina as ações celulares, foi estudado com intuito de gerar morfologias papilares e ramificadas observadas em tumores reais e que não foram obtidas considerando-se somente os fatores de crescimento. Por fim, os efeitos de diferentes estratégias quimioterápicas, usando drogas citotóxicas ou antimitóticas, no modelo com competição por nutrientes foram estudados. Vários resultados interessantes foram encontrados nesses modelos, como, por exemplo, uma ampla diversidade de padrões, transições morfológicas, leis de escala e de crescimento, reprodução qualitativa de comportamentos e morfologias de tumores reais, etc. e, além disso, o modelo sugere novos experimentos para determinar comportamentos ainda não observados em tumores reais. Para complementar a tese, estudamos um modelo puramente estocástico que é uma generalização do modelo clássico de crescimento de tumores proposto por Williams & Bjerknes, usando tanto simulações quanto métodos analíticos.
Abstract: In this doctoral thesis, we present a new approach for the simulation of tumor growth. This approach consists in associate stochastic microscopic rules, which describe the cell dynamics, with macroscopic reaction-diffusion equations, describing the concentration of several chemicals (nutrients, growth factors, drugs, etc.) in the tissue. We applied this method for simulate the dynamics and, mainly, the morphology of tumors in situ. Specifically, we use effective kinetic models in order to simulate cell division, death, and motility depending on the above-cited concentrations. Firstly, a model in which the interactions among cancer cells are mediated by growth factors and controls the cell actions was studied. This model exhibits a wide morphology diversity for tumors, which evolve in time as Gompertz laws. Secondly, a new model, in which the nutrient competition determines the cell actions, was studied in order to generate the ramified and papillary morphologies commonly observed in real tumors, but not obtained in the model that just considers the growth factors. Finally, the effects of distinct chemotherapeutic strategies, using cytotoxic or antimitotic drugs, in the nutrient limited model were studied. Several interesting results emerge from these models such as wide pattern diversity, morphology transitions, scaling and growth laws, qualitative reproduction of tumor behaviors and morphologies, suggestions for new experiments in order to determine possible behaviors not yet observed in real tumors, etc. In order to complement the thesis, we studied, through simulations and analytical methods, a stochastic model that is a generalization of the classical model for the growth of tumors proposed by Williams & Bjerknes.
Subject: Analise estocástica
Tumores
Física
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/ESCZ-5SJH79
Issue Date: 20-May-2003
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