表型异质生长细胞种群的基于个体与连续模型
种群与进化
2022-06-06 v4 偏微分方程分析
摘要
现有比较生长细胞种群的基于个体模型与其连续模型的研究主要关注同质种群，即所有细胞具有相同的表型特征。然而，细胞系统中普遍观察到显著的细胞间表型变异性。因此，我们在此开发了一个表型异质细胞种群生长的基于个体模型。该模型中，每个细胞的表型状态由一个结构变量描述，该变量刻画了细胞增殖与迁移速率的细胞间变异性。模型追踪单细胞的空间演化动力学，这些细胞经历压力依赖的增殖、可遗传的表型变化以及响应压力差的定向运动。我们形式化证明该模型的连续极限包含一个关于细胞种群密度的非局部偏微分方程，其推广了早期的生长细胞种群模型。基于个体模型的结果说明，塑造单细胞演化的增殖-迁移权衡如何在种群层面导致行波的形成：高迁移性细胞在侵入前沿局部主导，而高增殖性细胞位于后方。我们证明当考虑足够大的细胞数量时，这些结果与连续模型的数值模拟及形式化行波分析结果在定量上高度吻合。我们给出了由于人口随机性（连续模型无法捕捉）而导致两模型预测可能不同的情景的数值证据。这表明在建模表型异质细胞种群生长时，整合基于个体与连续方法的重要性。
引用
@article{arxiv.2202.06583,
title = {Individual-based and continuum models of phenotypically heterogeneous growing cell populations},
author = {Fiona R Macfarlane and Xinran Ruan and Tommaso Lorenzi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2202.06583},
year = {2022}
}