用于建模肿瘤细胞生长与存活的环境应力水平

活体肿瘤细胞的存活受诸多因素影响，如营养饱和、氧水平、药物浓度或机械力。数据驱动的数学建模可成为更好理解不同环境下细胞行为的有力工具。然而，在考虑众多环境因素时，数学建模会变得具有挑战性。我们提出一种方法，通过引入“环境应力水平”以集体方式对每种环境量对细胞的独立影响进行建模。它是一个不可测量的辅助变量，用于量化可行细胞在暴露于特定条件时进入应激状态的程度。高应力水平可抑制细胞生长、促进细胞死亡并影响细胞运动。作为概念验证，我们比较了两个常微分方程组，它们分别在考虑与不考虑环境应力水平的情况下对多种营养饱和度下的肿瘤细胞动力学进行建模。基于粒子的贝叶斯反演方法被用于量化不确定性，并利用肝癌细胞体外种群的时间分辨测量值标定未知模型参数。对两模型的标定结果进行比较，并量化拟合优度。尽管两模型的预测均与数据吻合良好，但有迹象表明考虑应力水平的模型具有更好的拟合效果。所提建模方法为考虑含额外环境因素影响细胞动力学的系统提供了一个灵活且可扩展的框架。