Photodynamic therapy of 4T1 tumors in NOD-SCID mice
背景资料：光动力学疗法（PDT）治疗乳腺癌的有希望的结果的前提是仔细选择照射光波长。研究方法：用Metvix-PDT在625 nm、660 nm及其组合光下处理NOD-SCID小鼠中植入的4 T1肿瘤，用于固定的辐射暴露。通过基于Monte Carlo的计算模拟以及初步的体内研究评估治疗结果，其中进行荧光，尺寸和温度测量。结果如下：光源组合方案具有很大的潜力，因为它导致高细胞毒性产物水平和减少治疗时间;而关于收获的肿瘤块的体内发现也支持这一假设。单独使用625 nm光束照射对大多数体内测量参数呈现更好的结果。仅用660 nm光源处理的小鼠具有最高的未光漂白光敏剂（PS）信号、最低的体温、最重的收获肿瘤和最低的PDT细胞毒性产物的估计浓度。结论：使用625 nm照射光与PS激发带匹配，但仅适用于治疗浅表肿瘤。对于更深的肿块，同时使用更长的波长由于其增加的穿透深度而增强了治疗效果。
2020-08-13 physics.med-ph q-bio.TO
Non-invasive assessment of the spatial and temporal distributions of interstitial fluid pressure, fluid velocity and fluid flow in cancers in vivo
间质流体压力（IFP）、间质流体速度（IFV）、间质渗透性（IP）和血管渗透性（VP）是具有重要临床意义的癌症机械病理学参数。到目前为止，还缺乏非侵入性的技术，可以用来估计这些参数在体内。在这项研究中，我们设计并测试了新的超声孔隙弹性成像方法，能够估计肿瘤内流体压力，流体速度和流体流量的大小和空间分布。我们从理论上证明，流体压力，速度和流量估计使用孔隙弹性成像从蠕变压缩下的肿瘤直接相关的基础IFP，IFV和流体流量，分别不同的峰值。我们还证明，从使用孔隙弹性成像估计的流体压力的空间分布，可以导出：参数α，其量化IFP的空间分布; VP和IP之间的比率以及峰值IFP和肿瘤中的有效血管压力之间的比率。最后，我们证明了轴向应变时间常数（TC）弹性图与肿瘤中的VP和IP直接相关。我们的技术进行了验证，使用有限元和超声模拟，而对人类乳腺癌动物模型的实验被用来显示这些方法在体内的可行性。
2018-09-11 eess.IV physics.med-ph q-bio.TO
Harnessing subcellular-resolved organ distribution of cationic copolymer-functionalized fluorescent nanodiamonds for optimal delivery of therapeutic siRNA to a xenografted tumor in mice
金刚石纳米颗粒（纳米金刚石）可以在培养的细胞中以及在体内运输活性药物。然而，在后一种情况下，仍然缺乏能够准确确定其生物利用度的方法。纳米金刚石可以发出荧光，具有非常稳定的发射，寿命比组织自体荧光长十倍。利用这些特性，我们提出了一种自动定量方法的荧光纳米金刚石（FND）在小鼠器官和肿瘤的组织切片，全身注射后。我们使用自制的时间延迟荧光显微镜，包括一个自定义的脉冲激光源上的门控增强阵列检测器的主时钟同步。该设置允许获得整个小鼠器官切片的120 Mpixels超高分辨率图像，具有亚细胞分辨率和单粒子灵敏度。作为原理验证实验，我们量化了能够转运小干扰RNA的新型阳离子FND的生物分布和聚集状态，所述小干扰RNA抑制引起尤文肉瘤的癌基因。图像分析显示，静脉注射后肿瘤中纳米金刚石的产量较低。因此，对于体内功效测定，我们将纳米药物注射到肿瘤中。我们实现了对癌基因的28倍抑制。这种方法可以很容易地应用到其他纳米发射器与$\approx$ 100 ns的寿命。
2021-06-01 q-bio.QM q-bio.TO
Targeting glutamate metabolism in melanoma
谷氨酸代谢型受体1（GRM1）在黑色素瘤和其他几种癌症中异常激活时驱动肿瘤发生。代谢组学揭示，患有GRM1阳性黑色素瘤的患者来源的异种移植物表现出与体内转移性黑色素瘤相关的血浆谷氨酸水平升高。稳定同位素示踪和GCMS分析确定，表达GRM 1的细胞从糖酵解碳中产生大量谷氨酸。谷氨酸对GRM1的刺激导致有丝分裂信号通路的激活，从而增加谷氨酸的产生，促进自分泌反馈。实施合理的药物靶向策略，我们严格评估体外和体内的代谢瓶颈。联合抑制谷氨酸的分泌和生物合成是抑制肿瘤生长和限制谷氨酸生物利用度的有效合理的药物靶向策略。
2019-12-16 q-bio.GN q-bio.MN q-bio.QM
Multiplexed five-color molecular imaging of cancer cells and tumor tissues with carbon nanotube Raman tags in the near-infrared
单壁碳纳米管（SWNTs）与五个不同的C13/C12同位素组成和良好分离的拉曼峰已被合成和共轭的五个靶向配体，以赋予分子特异性。活细胞的多重拉曼成像已经通过用单壁碳纳米管的五色混合物对细胞进行高度特异性染色来进行。肿瘤样品的离体多路拉曼成像揭示了从细胞培养到体内肿瘤生长的LS 174 T结肠癌细胞上表皮生长因子受体（EGFR）的令人惊讶的上调。这是第一次在单一激光激发下在近红外（NIR）区域进行五色多路复用分子成像。由于纳米管特有的尖锐拉曼峰超过了生物物种的低、平滑的自发荧光背景，实现了成像的近零干扰背景。
2010-03-31 cond-mat.mtrl-sci physics.bio-ph q-bio.TO
Patient-specific computational forecasting of prostate cancer growth during active surveillance using an imaging-informed biomechanistic model
本文提出由患者纵向mpMRI驱动的时空生物机制模型，预测前列腺癌整体负荷，并结合增殖活性风险分类器，将高风险进展识别提前一年以上。
2023-09-29 cs.CE q-bio.QM q-bio.TO
Supramolecular Stacking of Doxorubicin on Carbon Nanotubes for in vivo Cancer Therapy
基于碳纳米管的化疗制剂提供了许多治疗优点，例如延长血液循环、增加肿瘤药物摄取、增强治疗功效和显著降低毒副作用。在该体系中，阿霉素（DOX）通过超分子π-π堆积被负载到功能化的单壁碳纳米管的侧壁上。
2009-10-03 cond-mat.mtrl-sci physics.med-ph q-bio.TO
In Vitro Vascularized Tumor Platform for Modeling Tumor-Vasculature Interactions of Inflammatory Breast Cancer
炎性乳腺癌（IBC）是一种与血管生成和转移增加相关的罕见乳腺癌，主要由肿瘤-基质与血管系统和细胞外基质（ECM）的相互作用驱动。然而，目前缺乏对这些相互作用在疾病的发生和进展中所起作用的理解。在这项研究中，我们开发了第一个三维的，体外的，血管化的，乳腺肿瘤平台，以量化的空间和时间动态的肿瘤血管和肿瘤ECM相互作用特定于IBC。将由具有内皮化血管的1型胶原ECM组成的平台与IBC细胞MDA-IBC 3（HER 2+）或SUM 149（三阴性）一起培养，并与非IBC细胞MDA-MB-231（三阴性）进行比较。具有内皮血管的脱细胞胶原蛋白平台用作对照。与对照相比，SUM 149和MDA-MB-231平台表现出显著（p<0.05）更高的血管渗透性和降低的血管腔内皮覆盖。与非IBC MDA-MB-231（p<0.05）和对照（p<0.01）平台相比，两种IBC平台MDA-IBC 3和SUM 149表达更高水平的VEGF（p <0.05）和增加的胶原ECM孔隙率。此外，MDA-IBC 3平台的独特之处在于，我们观察到内皮随着时间的推移逐渐发芽，从而形成具有管腔的活血管。新萌发的血管包围MDA-IBC 3细胞簇，复制体内IBC的特征。本研究中引入的IBC体外血管化平台模型充分描述了体内和临床IBC表型，并为系统和定量研究肿瘤-基质机制和肿瘤进展动力学提供了一种适应性强、通量高的工具。
2020-01-10 q-bio.CB q-bio.TO
Joint fitting reveals hidden interactions in tumor growth
肿瘤生长通常是两种或更多种癌细胞群体同时发展的结果。它们之间的相互作用是系统演化的特征。为了获得有关这些相互作用的信息，我们应用最近开发的矢量普适性（VUN）形式主义的肿瘤种群之间的竞争的各种情况。形式主义允许我们：（a）量化HeLa细胞集落的生长机制，描述负责其快速扩增的表型转换，（b）使用总质量的时间依赖性数据可靠地重建体外和体内肿瘤中坏死和存活部分的演变，和（c）显示导致亚球体形成的细胞脱落如何有益于球体和亚球体群体，这表明脱落对癌症传播有很强的积极影响。
2014-03-27 physics.bio-ph q-bio.TO
Fighting cancer with virus
治疗癌症最有希望的策略之一是用病毒攻击它。病毒可以特异性杀伤肿瘤细胞，也可以作为载体将正常基因导入癌细胞。本文研究了一个病毒治疗癌症的模型，它的一些预测与实验肿瘤的结果是一致的。此外，该模型揭示了肿瘤细胞和病毒群体的振荡（周期性或非周期性）反应，这可能难以临床预后。这些结果表明，需要新的\textit{in vivo}和\textit{in vitro}实验，旨在检测这种振荡响应。
2003-09-09 cond-mat.stat-mech q-bio.TO
Cancer therapeutic potential of combinatorial immuno- and vaso-modulatory interventions
目前，大多数控制肿瘤-免疫系统相互作用的基本机制，结合肿瘤相关血管系统的调节，远未被完全理解。在这里，我们提出了一个数学模型血管化肿瘤生长，其中主要的新颖性是功能性肿瘤血管系统和效应细胞募集动力学之间的相互作用的建模。基于不同的体内免疫受损Rag 1-/-和野生型（WT）BALB/c鼠肿瘤生长实验校准参数。模型分析支持肿瘤脉管系统正常化在与适当的免疫刺激组合时可以是治疗癌症的合理且有效的策略。我们发现，功能性肿瘤血管系统水平的提高，可能通过正常化或缓解压力策略介导，可以在肿瘤负荷减轻和生长控制方面提供有益的结果。肿瘤血管的正常化为增强抗肿瘤免疫应答以及减少由于血管异常引起的肿瘤内免疫抑制和诱导的缺氧打开了治疗的机会窗口。使肿瘤相关脉管系统正常化的潜在成功密切取决于效应细胞募集动力学和肿瘤大小。此外，初始效应细胞浓度的任意增加不一定意味着更好的肿瘤控制。我们的证据存在一个最佳浓度范围的效应细胞肿瘤收缩。基于这些发现，我们提出了一个理论驱动的治疗建议，最佳结合免疫和血管调节干预。
2015-10-06 q-bio.TO
Classical Mathematical Models for Description and Prediction of Experimental Tumor Growth
尽管内部的复杂性，肿瘤生长动力学遵循相对简单的宏观规律，已被量化的数学模型。为了进一步解决这个问题，进行定量和判别分析，目的是比较替代模型描述和预测肿瘤生长的能力。为此，我们使用了两个体内实验系统，异位同源肿瘤（Lewis肺癌）和原位异种移植的人乳腺癌。目标有三个：1）确定用于描述体积测量误差的统计模型，2）使用几个拟合优度度量和参数可识别性研究建立每个模型的描述能力，以及3）评估模型预测未来肿瘤生长的能力。九个模型进行了比较，包括指数，幂律，Gompertz和（广义）逻辑形式主义。Gompertz和幂律提供了肺部数据的最简约和参数化可识别的描述，而乳腺数据最好由Gompertz和指数线性模型捕获。后者还表现出对乳腺肿瘤生长曲线的最高预测能力，具有极好的预测评分（大于80 $\%$），可延长至12天。相比之下，对于肺部数据，没有一个模型能够实现比第二天数据点更高的实质性预测率（大于70 $\%$）。在这种情况下，adjunction的先验信息的参数分布导致相当大的改善预测。这些结果不仅对肿瘤生长的生物学理论和临床前抗癌药物研究中数学模型的使用具有重要意义，而且还可以帮助定义数学模型如何在临床环境中作为潜在的预后工具。
2014-07-10 q-bio.QM q-bio.TO
A mathematical, in silico implemented, modular model for tumor growth in a spatially inhomogeneous, time-varying chemical environment (1st unrevised edition)
在过去的几十年中，关于肿瘤生长的医学观察和多尺度数据越来越多。同时，在临床实践中建立的现代成像技术提供了关于实时体内肿瘤生长的各种信息。数学和计算机模拟已被广泛采用，以提供进一步了解相关生物现象的手段。然而，尽管医生们收集了大量的新证据，但肿瘤生长的许多方面仍然在很大程度上未知。仍然有大量的各种机制需要更好地理解，因此，许多假设需要测试。为了解决这个问题，从数学阐述开始，我们开发了一个肿瘤生长早期阶段的模型，该模型由几个算法模块组成，每个模块对应于一个特定的生物学机制。该模型的模块性允许跟踪每个步骤中所做的假设，并便于在需要考虑新假设的情况下进行重新调整。模拟结果与生物学观察结果具有良好的定性一致性，并揭示了癌细胞的氧需求与其最大有丝分裂速率之间的非平凡相互作用。所提出的模型，至少在原则上，有可能利用当代成像技术的数据，并有资格利用多核计算。
2017-12-08 q-bio.TO
Physics Approaches to the Spatial Distribution of Immune Cells in Tumors
免疫治疗的目的是增强免疫系统杀死癌细胞的能力。免疫疗法更有效，一般来说，当更多的免疫细胞浸润肿瘤时，预后更好。我们探讨的问题是，在预测癌症是否复发时，肿瘤中免疫细胞的空间分布而不仅仅是密度是否重要。在回顾了以前的工作在这个问题上，我们介绍了一种新的应用程序的最大熵量化的离散点状物体的空间分布。我们将我们的方法应用于三阴性乳腺癌（TBNC）患者肿瘤组织图像中的B细胞和T细胞。我们发现，在良好的临床结果（诊断后至少5年内没有癌症复发）和不良的临床结果（诊断后3年内复发）之间，免疫细胞的空间分布存在明显差异。我们的研究结果强调了肿瘤内免疫细胞的空间分布对临床结果的重要性，并对它们在癌症复发中的作用提出了新的问题。
2019-11-26 physics.bio-ph physics.med-ph q-bio.TO
CAR T cell therapy in B-cell acute lymphoblastic leukaemia: Insights from mathematical models
免疫疗法使用患者免疫系统的组分来选择性地靶向癌细胞。使用CAR T细胞治疗B细胞恶性肿瘤-白血病和淋巴瘤-是最成功的例子之一，许多患者对这种疗法有长期的完全反应。这种治疗方法通过提取患者的T细胞并将其添加到CAR组中，使其能够识别和靶向携带抗原CD 19+的细胞，该抗原在这些血液肿瘤中表达。在这里，我们提出了一个数学模型，描述了白血病对CAR T细胞注射的时间响应。该模型通过结合所涉及的主要生物学过程来解释成熟和祖细胞B细胞、肿瘤细胞、CAR T细胞和副作用。该模型解释了不同隔室的早期注射后动力学以及注射的CAR T细胞的数量不会严重影响治疗结果的事实。发现了一个明确的公式，该公式提供了体内最大的CAR T细胞扩增和副作用的严重程度。我们的数学模型捕获了对这种免疫疗法的反应的其他已知特征。它还预测，CD 19+肿瘤复发可能是肿瘤和CAR T细胞之间竞争的结果，类似于捕食者-猎物动力学。我们根据现有的证据和通过用储存的CAR T细胞早期重新挑战肿瘤来控制复发的可能性来讨论这一事实。
2020-08-27 q-bio.TO
Prospects of using Antagonist Histamine H2-Receptor (Cimetidinum) as Adjuvant for Melanoma Biotherapy Treatment
采用小鼠B16 F10黑色素瘤模型，研究了组胺H2受体西咪替丁（CM）通过调节免疫应答来提高抗肿瘤生物治疗效果。结果表明，通过添加CM（剂量为25 mg/kg，每天5天）的抗肿瘤全细胞GM-CSF生产疫苗进行的皮肤黑色素瘤生物治疗增加了疫苗接种的预防效果。33%的小鼠在观察的60天内没有肿瘤生长。动物的平均寿命超过对照组达68%。使用CM组合的生物化学疗法并不提高治疗效果，然而，在单药治疗的情况下，注意到具有发展的肿瘤的小鼠中平均寿命增加和转移过程减少的趋势。所获得的数据提供了研究CM作为皮肤黑色素瘤疫苗治疗的佐剂的进一步应用的便利，并且也提供了验证生物体对复杂的生物化学疗法的免疫状态的必要性。
2011-10-12 q-bio.CB q-bio.TO
Nanorobots-assisted Detection of Multifocal Cancer: A Multimodal Optimization Perspective
我们提出了一个新的框架计算启发的多病灶癌症检测程序（MCDP）。在MCDP的标题下，待检测的肿瘤病灶被视为目标函数的解，癌症区域周围的组织区域表示参数空间，并且装载有用于癌症检测的造影剂分子的纳米机器人对应于优化剂。纳米机器人通过在高危组织区域中游动来检测肿瘤的过程可以看作是智能体在具有一定约束的参数空间中搜索目标函数解的过程。对于在一次仿真运行中定位多个最优解的多峰优化（MMO），小生境技术得到了广泛的应用。具体来说，小生境遗传算法（NGA）已被证明是特别有效的解决MMO。该算法可用于在一次运行中识别多个驼峰函数的全局最优解，有效地保持种群的多样性，避免遗传算法的早熟。从NGA的优化过程中学习，我们提出了NGA启发的MCDP，以有效地定位肿瘤靶点，同时考虑到现实的体内传播和控制的纳米机器人，这是不同的使用场景的标准NGA。为了提高MCDP的性能，我们还修改了原NGA的交叉算子，从一个种群内的交叉到两个种群之间的交叉。最后，我们提出了全面的数值例子来证明的NGA启发MCDP的有效性时，生物目标函数与肿瘤诱导的血管生成引起的血流速度分布。
2018-12-25 q-bio.TO
Sodium Magnetic Resonance Imaging: Biomedical Applications
在这篇文章中，我们提出了一个最新的概述钠MRI在体内的潜在生物医学应用。钠MRI是转化研究中越来越感兴趣的主题，因为它可以提供有关组织活力，细胞完整性和功能的一些直接和定量的生化信息，因此不仅有助于诊断，而且有助于疾病的预后和治疗结果。它已经在体内应用于大多数人体组织中，例如脑中风或肿瘤检测和治疗反应，乳腺癌，关节软骨，肌肉和肾脏，并且在一些研究中显示，它可以提供通过标准质子MRI无法获得的非常有用的新信息。然而，由于MRI和临床扫描仪的硬件/软件限制，生物组织中可检测的钠信号较低，因此该技术仍然非常具有挑战性。本文分为三个部分：（1）钠在生物组织中的作用，（2）钠磁共振的简短回顾，（3）迄今为止钠MRI对不同器官/疾病的一些研究的回顾。
2012-12-20 physics.bio-ph physics.med-ph q-bio.TO
Advancements in Nanoparticle-based Near-Infrared Fluorescence Probes for Cancer Specific Imaging Applications
本文综述了基于纳米粒子的近红外荧光探针在癌症分子成像中的最新进展，重点介绍了其通过EPR效应靶向肿瘤、实现精准诊断与诊疗一体化的核心优势。
2024-10-20 physics.med-ph q-bio.BM q-bio.TO
Analyzing the birth-death model of Oncostreams in Glioma, and the effects of Cytochalasin D treatment
本研究聚焦胶质瘤中oncostreams的细胞群动态，通过生灭过程与Kolmogorov方程建模，分析细胞松弛素D等治疗对肿瘤侵袭性的影响，为胶质瘤治疗策略开发提供参考。
2024-06-14 math.PR q-bio.TO
Mesenchymal stem cells as carrier cells to enable effective intratumoral delivery of oncolytic virus for oncolytic virotherapy: a systematic review
溶瘤病毒可以是天然存在的或基因工程改造的，是一类优先感染和破坏癌细胞的病毒。由于它们的选择性，它们优于传统的化疗和放疗，后者都有影响非靶细胞并引起不必要的不良副作用的倾向。溶瘤病毒疗法是一种类型的癌症治疗，其中溶瘤病毒被故意引入到受癌症影响的患者中，以便使它们以类似于化学疗法但具有更大程度的选择性的方式局部或全身感染并破坏癌细胞。多项研究表明，溶瘤病毒疗法在体外是有效的，但由于该方法的主要局限性，体内结果仍然不明确：治疗剂递送到其靶标的效率低下，这受到免疫系统的严重影响。在这里，我们建议通过利用癌症研究中的最新发现来克服这种限制：载体细胞。通过利用它们的促肿瘤活性，间充质干细胞可以通过充当针对其靶点的溶瘤病毒的载体而用于癌症治疗。这种方法直接解决了常规溶瘤病毒疗法的局限性，其中溶瘤病毒在全身施用后通常递送不良。
2022-04-25 q-bio.CB q-bio.TO
