肠隐窝组织与癌变的多尺度建模

结直肠癌是第三最常见的癌症类型。它们起源于肠隐窝，即从肠腔伸入下方结缔组织的腺体。正常的隐窝被认为存在于一种动态平衡中，其中隐窝基部的细胞产生速率与顶部的细胞丢失速率相匹配。理解遗传改变如何积累并进而破坏这种动态平衡，对于理解结直肠癌的起源至关重要。结直肠癌源于跨越多个空间尺度的生物过程之间的相互作用，从导致不适当的细胞内响应的突变，到细胞/组织层面的变化，例如不受控的增殖以及运动和黏附的改变。多尺度数学建模可以洞察这种复杂、高度调控且动态系统的时空组织。此外，上述挑战更一般地说是生物组织多尺度建模固有的。在本综述中，我们描述了已应用于研究隐窝行为多尺度方面的数学方法，重点介绍了一些此后已被实验验证的模型预测。我们还讨论了与多尺度建模方法相关的一些关键数学与计算挑战。最后，我们讨论了近期为推导此类模型的粗粒度描述所做的努力，这或许能通过利用成熟的数学分析工具来解决多尺度建模中的关键问题，从而提供一种降低模拟计算成本的方法。