مدلسازي رشد سرطان با توجه به تاثيرات سلول هاي سيستم ايمني و ماتريكس خارج سلولي در فضاي دو بعدي و با بكارگيري اتوماتاي سلولي و تيوري بازي ها

Modeling of tumor growth by considering immune system cells and extracellular matrix in 2 dimensions by using cellular automata and game theory

در اين مقاله با در نظر گرفتن مواد غذايي، ماتريكس خارج سلولي و سلول هاي سيستم ايمني بعنوان پارامتر هاي تاثير گذار در نحوه رشد، گسترش و مورفولوژي بافت سرطاني به بررسي مدلي بر اساس اتوماتاي سلولي و تيوري بازي ها در زمينه رشد سرطان پرداخته ايم. اتوماتاي سلولي در بررسي مسايل زيستي از اهميت زيادي برخوردار است و تيوري بازي ها در شناختن تعامل ميان عنصر هاي تصميم گيرنده حايز اهميت مي باشد. در اين تحقيق براي بررسي رفتار و گسترش سلول هاي سرطاني دو مدل را مطرح مي نماييم. در مدل اول هدف ما از ارايه مدل بررسي نحوه رشد و گسترش سلول هاي سرطاني با توجه به مواد غذايي (اكسيژن) موجود در بافت مي باشد. در نهايت جهت اعتبارسنجي مدل، نتايج شبيه سازي ها را با نتايج مقالات ديگر مقايسه نموده ايم. در نتايج ملاحظه خواهيد نمود كه ميزان مواد غذايي (اكسيژن) تاثير قابل ملاحظه اي در تعداد سلول هاي سرطاني ايجاد شده دارد، ولي اين تاثير در رابطه با تهاجم سلول هاي سرطاني به مراتب كمتر مي باشد. لازم به ذكر مي باشد كه نتايج مدل پيشنهادي از جواب هاي خطي فاصله گرفته است كه اين بيانگر بهبود نتايج مدل مي باشد، همان گونه كه در نتايج قابل ملاحظه مي باشد اين مدل قابليت ايجاد متاستاز را نيز پوشش مي دهد. در مدل دوم نحوه عملكرد متقابل سلول هاي سرطاني و سلول هاي سيستم ايمني مورد بررسي قرار گرفته است و براي اين منظور از اتوماتاي سلولي و تيوري بازي ها استفاده نموده ايم. بر اساس اتوماتاي سلولي دو بعدي مدلي ارايه مي شود كه نحوه عملكرد اتوماتاي سلولي توسط تيوري بازيها تعيين مي گردد. در واقع قوانين اتوماتاي سلولي بر اساس جدول تيوري بازي ها تعيين مي شود و هر يك از عناصر سيستم بصورت جداگانه از قابليت تصميم گيري برخوردار مي باشند.

In this paper, two models are introduced based on cellular automata and the game theory to study behavior, growth, development and morphology of cancerous cells by assuming nutrition supplies, extracellular matrix, and immune cells. A two-dimensional cellular automaton combine with game theory is considered as the structure of model. The cellular automata modeling framework can be an efficient approach to a number of biological problems; and game theory aims to help us to understand situations in which decision-makers interact such as competitive activity. In the first model, we consider different oxygen supplies to study the growth and invasion of cancerous cell. The results of our simulation are validated by the results of other articles. The results show that the number of cancerous cells is easily changed by changing amount of oxygen supplies, but invasive distance of tumor cells is not easily affected by this factor. Furthermore the results of this model are not linear, that could show the improvement of the model. In addition, this model has the ability of producing metastasis, as it is shown. In the second model, the interaction between immune cells and cancerous cells are considered. Two-dimensional cellular automata and game theory are used for this purpose. In this model the behavior of cellular automata is determined by the game theory. The rules of cellular automata are determined by game theory table, so each element of the system could make a decision separately.