迈向癌症的Ising模型及超越

临床上需要能够预测肿瘤进展并提出个体化最佳治疗策略以控制癌症生长的理论和计算工具。为了开发这样一个预测模型，必须考虑肿瘤生长中涉及的复杂机制。在此，我们回顾了为发展癌症“Ising模型”所做的工作。综述首先描述了一个极简的四维（空间三维加时间一维）细胞自动机（CA）癌症模型，其中健康细胞根据简单的局部规则及其当前状态在状态（增殖、缺氧和坏死）之间转换，这可以看作是一个精简版的癌症Ising模型。该模型被应用于模拟最具侵袭性的脑癌——多形性胶质母细胞瘤的生长。随后讨论了该模型的扩展，以研究突变亚群对肿瘤动力学和几何形状的影响。接着描述了化疗如何影响肿瘤生长的讨论。讨论了如何将血管生成以及肿瘤生长的异质性和受限环境纳入CA模型。随后描述了利用生成树来表征实体瘤周围侵袭网络的组织水平。然后，我们阐述了开放性问题及未来有前景的研究方向，包括需要开发更好的基于分子的模型，这些模型应纳入跨广泛长度和时间尺度的真实异质环境（通过成像数据）、细胞运动、癌基因、抑癌基因和细胞间通讯。提出了需要借助异质介质理论的强大工具来更好地理解癌症在其微环境中行为的需求。