Formulating tumor models that predict growth under therapy is vital for improving patient-specific treatment plans. In this context, we present our recent work on simulating non-small-scale cell lung cancer (NSCLC) in a simple, deterministic setting for two different patients receiving an immunotherapeutic treatment. At its core, our model consists of a Cahn-Hilliard-based phase-field model describing the evolution of proliferative and necrotic tumor cells. These are coupled to a simplified nutrient model that drives the growth of the proliferative cells and their decay into necrotic cells. The applied immunotherapy decreases the proliferative cell concentration. Here, we model the immunotherapeutic agent concentration in the entire lung over time by an ordinary differential equation (ODE). Finally, reaction terms provide a coupling between all these equations. By assuming spherical, symmetric tumor growth and constant nutrient inflow, we simplify this full 3D cancer simulation model to a reduced 1D model. We can then resort to patient data gathered from computed tomography (CT) scans over several years to calibrate our model. For the reduced 1D model, we show that our model can qualitatively describe observations during immunotherapy by fitting our model parameters to existing patient data. Our model covers cases in which the immunotherapy is successful and limits the tumor size, as well as cases predicting a sudden relapse, leading to exponential tumor growth. Finally, we move from the reduced model back to the full 3D cancer simulation in the lung tissue. Thereby, we show the predictive benefits a more detailed patient-specific simulation including spatial information could yield in the future.


翻译:在这种背景下,我们展示了我们最近关于模拟非小规模细胞肺癌(NSCLC)的工作, 在一个简单的、决定性的环境下, 给接受免疫治疗治疗的两个不同的病人模拟非小规模细胞肺癌(NSCLC) 。 在其核心部分, 我们的模型由Cahn-Hilliard 的阶段- 地区模型组成, 描述增殖细胞和肿瘤肿瘤细胞的进化。 这些模型与一个简化的营养模型相伴, 推动病人增殖细胞的成长, 并将其腐蚀成坏细胞。 应用的免疫疗法会降低细胞的增殖率。 在这里, 我们用普通的差别方程式( ODE) 来模拟整个肺部的免疫治疗剂浓度。 最后, 反应术语提供了所有这些方程的组合。 通过假设球球形、 线性肿瘤增长和恒定的营养流, 我们把这个3D 全面模型模拟癌症模型简化为减缩的1D 模型。 然后, 我们可以从我们从 计算到 CT 的快速的细胞模拟中采集的病人数据, 减少细胞细胞细胞细胞的细胞的浓度 。 在这里, 我们的实验在几年里会模拟中, 将成功的细胞化的实验中, 的实验中 显示我们的数据 将显示我们 的 的 的周期的 的模型 将显示到 的模型到 的 的 的模型 的模型 的模型 将显示的进到 的模型 的模型 的到 的到 的 的 的到 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 </s>

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