异质细胞群体内竞争的多尺度随机模型：模拟方法与平均场分析
生物物理
2017-09-01 v1 细胞行为
摘要
我们提出了一个建模框架，用于分析异质、多尺度细胞群体的随机行为。我们以一个具体例子阐释我们的方法，其中研究了一个具有氧调节增殖速率的群体。我们的公式基于一个年龄依赖的随机过程。群体内的细胞以其年龄为特征。年龄依赖的（氧调节）出生率由一个氧依赖细胞周期进程的随机模型给出。然后，我们构建了一个年龄依赖的生灭过程，该过程决定了细胞群体的时间演化。该群体处于一个控制其稳态大小的反馈回路中：细胞消耗氧气，而氧气反过来驱动细胞增殖。我们表明，我们的细胞周期进程随机模型允许由随机效应诱导的细胞群体内的异质性。这种异质行为反映在增殖速率的变化中。在此框架下，我们确立了三个主要结果。首先，我们证明了决定出生率的 G1/S 转变年龄表现出一种非常简单的标度行为。这使得我们的数值方法得以极大简化。进一步的结果是观察到异质群体经历了一个内部准中性竞争过程。最后，我们研究了细胞周期时相依赖疗法（如放射疗法）对异质群体的影响。特别是，我们研究了群体包含一个静止亚群的情况。我们的平均场分析和数值模拟证实，如果疗法的存活分数过高，就会发生静止群体的救援现象。由于被救援的群体对疗法较不敏感，这导致了耐药性的出现。
引用
@article{arxiv.1607.01449,
title = {Stochastic multi-scale models of competition within heterogeneous cellular populations: simulation methods and mean-field analysis},
author = {Roberto de la Cruz and Pilar Guerrero and Fabian Spill and Tomás Alarcón},
journal= {arXiv preprint arXiv:1607.01449},
year = {2017}
}