干细胞增殖的计算建模及其在癌症演变动力学的应用

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    91730301
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    160.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0604.生物与生命科学中的数学
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Cancer is a disease of uncontrolled somatic stem cell regeneration. With increasing incidence and mortality, cancer is the leading cause of death in China and is a major public health problem. Currently, cancer therapy faces a major problem in early diagnose and prognosis, and is crying for theoretical study from the perspective of quantitative modeling. It is of great significant to develop data and mechanisms driven predictable computational models in order to investigate the progress of cancer evolution. This integrating project carries out the promoting study of multi-scale modeling for stem cell regeneration dynamics with application to cancer development on the basis of previous studies in data analysis, model development, and high-performance computing, etc. The main studies focus on establishment of quantitative relationships between cellular dynamical process and gene expression differences, hybrid modeling from molecular to population dynamics of heterogeneous stem cell regeneration under complex niche, and application of the model to the evolutionary dynamics of chronic myeloid leukemia. Through the study of this project, we aim at discovering methods of establishing multi-scale computational models of cancer development, founding the base of investigating cancer development through both data and mechanism driven computational modeling and high-performance computing, providing theoretical guidance to cancer early diagnose and methods for the combination of data and model analysis.
癌症是由成体干细胞不可控增殖引起的疾病。随着发病率和死亡率的增加,癌症已成为中国首要的死亡原因和公共卫生问题。目前的癌症治疗主要面临早期诊断率低和病情复杂的困难,迫切需要定量化研究的新理论和新方法。基于数据和机理驱动建立癌症发生发展的可预测计算模型具有重要意义。本集成项目在前期工作的基础上,整合数据分析、模型建立、高性能计算等方面的工作,开展干细胞增殖过程多尺度可计算建模及癌症演变动力学机制的研究。主要研究内容包括:基于数据建立基因表达差异与细胞动力学行为变化的定量关系;基于单细胞行为的异质性构建多细胞群体动力学模型;作为模型应用研究慢性髓性白血病发生发展的动力学过程。通过本项目的研究,探索建立癌症演变过程跨尺度计算模型的方法,建立数据驱动与机理驱动下可计算建模和高性能计算研究癌症演变机制的基础,为疾病的早期诊断提供理论指导并建立数据与模型相结合的方法论。

结项摘要

本项目主要构建可计算模型对癌症演变的动力学过程进行研究。主要研究慢性髓性白血病的发生发展过程和B-细胞急性淋巴瘤在CAR-T免疫治疗的响应过程的可计算模型. 通过建立的随机动力学模型研究了肿瘤微环境的相互作用对髓性白血病发生的动力学过程影响及其在激酶抑制剂治疗下的复发机制,并建立基于单细胞异质性和可塑性的多尺度计算模型探讨B-细胞急性淋巴瘤在免疫治疗下的复发机制。通过对所建立的基于单细胞变化的多尺度可计算模型进行提升,提出了统一的异质性多细胞体系增殖过程的数学模型框架,为今后对一般性的癌症演变动力学研究奠定了基础。

项目成果

期刊论文数量(20)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(0)
CEA: Combination-based gene set functional enrichment analysis.
CEA:基于组合的基因集功能富集分析
  • DOI:
    10.1038/s41598-018-31396-4
  • 发表时间:
    2018-08-30
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Sun D;Liu Y;Zhang XS;Wu LY
  • 通讯作者:
    Wu LY
A Semisupervised Classification Approach for Multidomain Networks with Domain Selection
具有域选择的多域网络半监督分类方法
  • DOI:
    10.1109/tnnls.2018.2837166
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems
  • 影响因子:
    10.4
  • 作者:
    Chen Chuan;Xin Jingxue;Wang Yong;Chen Luonan;Ng Michael K
  • 通讯作者:
    Ng Michael K
Predicting microRNA-disease association based on microRNA structural and functional similarity network
基于microRNA结构和功能相似性网络预测microRNA与疾病的关联
  • DOI:
    10.1007/s40484-019-0170-0
  • 发表时间:
    2019-05
  • 期刊:
    Quantitative Biology
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Tao Ding;Jie Gao;Shanshan Zhu;Junhua Xu;Min Wu
  • 通讯作者:
    Min Wu
Hierarchical combinational deep learning architecture for pancreas segmentation of medical computed tomography cancer images
用于医学计算机断层扫描癌症图像胰腺分割的分层组合深度学习架构
  • DOI:
    10.1186/s12919-018-0572-z
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    BMC Systems Biology
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Min Fu;Wenming Wu;Xiafei Hong;Qiuhua Liu;Jianlin Jiang;Yaobin;Yupei Zhao;Xinqi Gong
  • 通讯作者:
    Xinqi Gong
A mathematical model of chromosome recombination-induced drug resistance in cancer therapy
癌症治疗中染色体重组诱导的耐药性的数学模型
  • DOI:
    10.3934/mbe.2019356
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Mathematical Biosciences and Engineering
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Yang Hongli;Lei Jinzhi
  • 通讯作者:
    Lei Jinzhi

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其他文献

果蝇翅膀器官芽中 dpp 浓度梯度形成的数学模型
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    科学通报
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    --
  • 作者:
    雷锦誌
  • 通讯作者:
    雷锦誌
生物化学反应系统的建模与分析
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    江西师范大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
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  • 作者:
    雷锦誌
  • 通讯作者:
    雷锦誌

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成体干细胞再生与分化调控的逆向建模
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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