基于异质性的肿瘤免疫系统动力学研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11901225
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 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:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Cancer is one of the world's most serious diseases causing the major public health problems, and tumor heterogeneity is its major feature. The current immunotherapy that activates the host's immune system against cancer provides new hope for patients, but tumor heterogeneity is the main obstacle to effective cancer treatment. The composition of immune cells in the tumor microenvironment is highly diverse, and the mutual interactions between tumor cells and immune cells are very complex and constantly changing. As the rapid development of immunology and molecular biology, we aim to develop several new mathematical models to capture and investigate the interactions among tumor cell and immune cell based on the heterogeneity in the tumor microenvironment. The dual roles (suppression and promotion) of immune cells in tumor development and progression will be considered in the modeling process. First, we will develop a tumor immune system interaction model to consider the heterogeneity of immune cells, such as, helper T cells (Th1 and Th2), macrophages (M1 and M2), cytotoxic T lymphocytes (CTLs) and so on. Secondly, we will construct the reaction diffusion equations to model the spatial spread and dispersion of immune cells and tumor cells. Finally, we will study the influence of immune activation delays and immunotherapy on the dynamics of system. And we will estimate the parameters by fitting to the experimental data and correct the corresponding models. This project can provide scientific evidence to help understand the mechanism and pathogenesis of cancer, prevent and treat cancer.
癌症是全球范围内严重危害人类生命健康的重大疾病,其重要特征是肿瘤异质性。当前免疫疗法给癌症患者带来了新的曙光,但肿瘤异质性一直是攻克癌症的一大障碍。本项目拟针对肿瘤免疫微环境中细胞组成高度异质性和细胞扩散空间异质性,通过构建数学模型来研究肿瘤细胞和免疫细胞之间的相互作用关系,揭示异质性对肿瘤生长与转移的影响。主要研究内容包括:1)构建具有细胞组成高度异质性的肿瘤免疫系统动力学模型,来模拟各种免疫细胞如辅助性T细胞Th1和Th2,巨噬细胞M1和M2,细胞毒性T淋巴细胞等与肿瘤细胞之间的相互作用关系。2)在已有的肿瘤免疫系统模型基础上,引入细胞扩散空间异质性,构建肿瘤免疫系统相互作用的时空模型。3)研究免疫时滞和免疫治疗等因素对模型动力学的影响,以及利用相关实验数据估计模型参数,修正所建模型。研究结果将为人们更好地理解癌症发病机理以及预防和治疗癌症提供科学依据。

结项摘要

癌症(恶性肿瘤)是威胁人类生命健康的重大公共卫生问题,而肿瘤的异质性与癌症能否攻克具有很大的关系。研究表明肿瘤的异质性越高,免疫系统抗癌的能力就越弱,癌症发展的就越快。基于肿瘤微环境中细胞组成高度异质性和细胞扩散空间异质性,构建了若干数学模型来研究了肿瘤与免疫系统的相互作用关系,揭示了异质性对肿瘤免疫系统的影响,取得了一系列有意义的理论和应用研究结果。主要研究进展和阶段性成果:1)构建了具有肿瘤细胞、M1和M2巨噬细胞的数学模型,研究了巨噬细胞M2/M1比率、M1和M2巨噬细胞间的转化率等重要参数对模型的影响。2)构建了高维肿瘤免疫动力学模型,研究了调节性T细胞和转化生长因子的作用,评估了免疫治疗的疗效。3)研究了分布时滞对肿瘤免疫系统动力学的影响,发现了时滞的双重作用使平衡点失去稳定和促进稳定。4)研究了具有细胞异质性的高度非线性动力学模型,发现了系统有双稳现象,以及稳定的周期环。5)构建了具有细胞扩散空间异质性的肿瘤免疫系统动力学模型,研究了行波解的存在性与稳定性,探讨了免疫细胞空间扩散对肿瘤生长和转移的影响。利用极大似然估计法拟合数据,估计了肿瘤的生长率,阐述了模型研究结果的生物意义和实际应用。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Complicated role of delay effect on stability in a tumor immune system
延迟效应对肿瘤免疫系统稳定性的复杂作用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Discrete and Continuous Dynamical Systems - Series B
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Min Yu;Gang Huang;Yueping Dong;Yasuhiro Takeuchi
  • 通讯作者:
    Yasuhiro Takeuchi
Stability analysis of a single-species logistic model with time delay and constant inflow
具有时滞和恒定流入的单一物种Logistic模型的稳定性分析
  • DOI:
    10.1016/j.aml.2022.108514
  • 发表时间:
    2022-11
  • 期刊:
    Applied Mathematics Letters
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Yukihiro Sawada;Yasuhiro Takeuchi;Yueping Dong
  • 通讯作者:
    Yueping Dong
Optimal control of infectious disease: Information-induced vaccination and limited treatment
传染病的最佳控制:信息诱导的疫苗接种和有限的治疗
  • DOI:
    10.1016/j.physa.2019.123196
  • 发表时间:
    2020-03-15
  • 期刊:
    PHYSICA A-STATISTICAL MECHANICS AND ITS APPLICATIONS
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Kumar, Anuj;Srivastava, Prashant K.;Takeuchi, Yasuhiro
  • 通讯作者:
    Takeuchi, Yasuhiro
Mathematical modeling and bifurcation analysis of pro- and anti-tumor macrophages
促肿瘤和抗肿瘤巨噬细胞的数学建模和分叉分析
  • DOI:
    10.1016/j.apm.2020.06.042
  • 发表时间:
    2020-12
  • 期刊:
    Applied Mathematical Modelling
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Yaqin Shu;Jicai Huang;Yueping Dong;Yasuhiro Takeuchi
  • 通讯作者:
    Yasuhiro Takeuchi
Dynamics of a toxin-mediated aquatic population model with delayed toxic responses
具有延迟毒性反应的毒素介导的水生种群模型的动力学
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Mathematical Biosciences and Engineering
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Yueping Dong;Jianlu Ren;Qihua Huang
  • 通讯作者:
    Qihua Huang

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其他文献

Global dynamics of a latent HIV infection model with general incidence function and multiple delays
具有一般发生函数和多次延迟的潜伏 HIV 感染模型的全局动态
  • DOI:
    10.3934/dcdsb.2018207
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Discrete and Continuous Dynamical Systems-Series B
  • 影响因子:
    1.2
  • 作者:
    杨瑜;董岳平;Yasuhiro Takeuchi
  • 通讯作者:
    Yasuhiro Takeuchi

其他文献

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董岳平的其他基金

肿瘤免疫微环境的多尺度建模与分析
  • 批准号:
    12371488
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    43.5 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

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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