Influencia combinada del nivel de suministro de nutrientes y las propiedades mecánicas del tejido en el crecimiento de tumores benignos, revelada mediante modelado matemático
Autores: Kuznetsov, Maxim
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Influencia combinada del nivel de suministro de nutrientes y las propiedades mecánicas del tejido en el crecimiento de tumores benignos, revelada mediante modelado matemático
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Modelo matemático
Crecimiento tumoral
Tejido
Suministro de nutrientes
Gradientes de estrés
Células tumorales
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 31
Citaciones: Sin citaciones
Se presenta un modelo matemático continuo de crecimiento de tumor avascular no invasivo en tejido. El modelo considera el tejido como un material bifásico, compuesto por una matriz sólida y fluido intersticial. El movimiento convectivo de los elementos del tejido ocurre debido a los gradientes de estrés, que cambian como resultado de la proliferación y muerte de las células tumorales. El modelo tiene en cuenta la glucosa como el nutriente crucial, suministrado desde el tejido normal, y puede reproducir tanto el crecimiento tumoral limitado por difusión como el limitado por estrés. Las curvas de crecimiento aproximadas del tumor se obtienen de forma semianalítica en el límite de conductividad hidráulica del tejido infinita, lo que implica la igualación instantánea de los gradientes de estrés que surgen. Estas curvas de crecimiento se corresponden bien con las soluciones numéricas y representan curvas sigmoidales clásicas con una breve fase exponencial inicial, una fase de crecimiento casi lineal posterior y una fase con desaceleración del crecimiento, en la que el tumor tiende a alcanzar su volumen máximo. Se investiga la influencia de dos parámetros del modelo en las curvas de crecimiento del tumor: la conductividad hidráulica del tejido, que vincula los valores del gradiente de estrés y la velocidad convectiva de las fases del tejido, y el nivel de suministro de nutrientes del tumor, que corresponde a diferentes permeabilidad y densidad de área superficial de los capilares en el tejido normal que rodea al tumor. En particular, se demuestra que una conductividad hidráulica del tejido suficientemente baja (intrínseca, por ejemplo, a tumores que surgen del tejido conectivo) y un suministro de nutrientes suficientemente alto pueden llevar a la formación de tumores benignos gigantes, que alcanzan decenas de centímetros de diámetro, que de hecho se observan clínicamente.
Descripción
Se presenta un modelo matemático continuo de crecimiento de tumor avascular no invasivo en tejido. El modelo considera el tejido como un material bifásico, compuesto por una matriz sólida y fluido intersticial. El movimiento convectivo de los elementos del tejido ocurre debido a los gradientes de estrés, que cambian como resultado de la proliferación y muerte de las células tumorales. El modelo tiene en cuenta la glucosa como el nutriente crucial, suministrado desde el tejido normal, y puede reproducir tanto el crecimiento tumoral limitado por difusión como el limitado por estrés. Las curvas de crecimiento aproximadas del tumor se obtienen de forma semianalítica en el límite de conductividad hidráulica del tejido infinita, lo que implica la igualación instantánea de los gradientes de estrés que surgen. Estas curvas de crecimiento se corresponden bien con las soluciones numéricas y representan curvas sigmoidales clásicas con una breve fase exponencial inicial, una fase de crecimiento casi lineal posterior y una fase con desaceleración del crecimiento, en la que el tumor tiende a alcanzar su volumen máximo. Se investiga la influencia de dos parámetros del modelo en las curvas de crecimiento del tumor: la conductividad hidráulica del tejido, que vincula los valores del gradiente de estrés y la velocidad convectiva de las fases del tejido, y el nivel de suministro de nutrientes del tumor, que corresponde a diferentes permeabilidad y densidad de área superficial de los capilares en el tejido normal que rodea al tumor. En particular, se demuestra que una conductividad hidráulica del tejido suficientemente baja (intrínseca, por ejemplo, a tumores que surgen del tejido conectivo) y un suministro de nutrientes suficientemente alto pueden llevar a la formación de tumores benignos gigantes, que alcanzan decenas de centímetros de diámetro, que de hecho se observan clínicamente.