Cancer research has shifted from a purely gene-centric view to a more holistic understanding that recognizes the critical role of the tumour microenvironment, where mechanics and metabolism are key drivers of disease progression. However, the intricate interplay between these multifactorial mechanisms remains poorly understood. To address this gap, we present an agent-based computational model (ABM) that integrates tumour metabolism and mechanics to study 3D cancer spheroid growth. Our approach unifies the metabolism and mechanical aspects of tumour development within an integral model for cancer spheroid formation and growth. In addition to that, we performed a computational calibration of the parameters and tested the model versatility to reproduce different cellular behaviours. Our model reproduced qualitatively and quantitatively the experimental results of spheroid growth obtained in the lab and also allowed to discern different dynamics that cancer cells can present under the same conditions, providing insight into the potential factors contributing to the variability in the size of spheroids. Furthermore, it also showed its adaptability to reproduce diferent cell lines and behaviours by tuning its parameters. This study highlights the significant potential and versatility of integrative modelling approaches in the field of cancer research, not only as a tool to complement in vitro studies, but also as independent tools to derive conclusions from the physical reality.


翻译:癌症研究已从纯粹的基因中心视角转向更全面的理解,认识到肿瘤微环境的关键作用,其中力学和代谢是疾病进展的核心驱动因素。然而,这些多因素机制之间复杂的相互作用仍知之甚少。为填补这一空白,我们提出了一种基于代理的计算模型(ABM),整合肿瘤代谢与力学机制以研究三维癌症球体的生长。我们的方法将肿瘤发展的代谢与力学方面统一于一个癌症球体形成与生长的整体模型中。此外,我们对模型参数进行了计算校准,并测试了模型重现不同细胞行为的多功能性。该模型在定性和定量上均复现了实验室获得的球体生长实验结果,并能识别相同条件下癌细胞可能呈现的不同动态,从而揭示导致球体尺寸变异性的潜在因素。同时,通过调整参数,模型还展现了其重现不同细胞系及行为的适应性。本研究凸显了整合建模方法在癌症研究领域的巨大潜力与多样性,不仅可作为体外研究的补充工具,亦可作为从物理现实推导结论的独立手段。

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癌症是医学术语,其为最常见的恶性肿瘤,亦有人将癌症和恶性肿瘤混合使用。中医学中称岩,为由控制细胞分裂增殖机制失常而引起的疾病。癌细胞除了分裂失控外,还会局部侵入周遭正常组织甚至经由体内循环系统或淋巴系统转移到身体其他部分。
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