抗肿瘤药物反应的微分方程建模开题报告

 2022-01-11 08:01

全文总字数:4110字

1. 研究目的与意义(文献综述)

剂量-反应关系是指不同剂量的外源化学物与其引发的生物学反应之间的关系。一直以来,毒理学界采用传统的阈值模型和线性非阈值模型来描述不同类型化学物质的剂量反应关系。但后期大量研究发现,剂量反应的最基本形状既不是阈值型也不是线性型,而应是u型,即高剂量致毒因素(包括毒物、辐射、热、机械刺激等)对生物体有害,低剂量致毒因素对生物体有益,称其为hormesis(毒物兴奋效应)现象[1]

如今,癌症严重威胁着人类的健康与生命,抗癌症药物的剂量反应关系也一直为人们所关心。过低的药物剂量无法达到理想的治疗效果,过高的药物剂量又会伤害病人身体且造成高昂的医疗费用,只有选取合适的药物剂量才能使临床医生们更好的进行治疗。研究抗癌症药物剂量反应中的hormesis现象将有助于找到合适的药物剂量。

使用数学建模的方法,能用模型准确的描述多种细胞间相互作用及药物作用机制,便于预测肿瘤的发展进程,还能安全的测试不同治疗方案,十分适合抗癌症药物剂量反应的研究。

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2. 研究的基本内容与方案

本研究拟分为定性分析和定量分析两个部分。首先是定性分析部分:对使用了抗癌症药物之后的癌细胞和免疫细胞相互作用进行数学建模,对模型进行无量纲化处理、稳定性分析及分岔分析等;其次是定量分析部分:选取合适的数据进行参数估计、数值模拟,并改变部分参数取值或改变初值取值,分析不同结果蕴含的生物学意义;最后依据结果对临床上医生在治疗过程中选取合适的抗癌症药物剂量提供一定的建议。

因此,本次研究的主要内容如下:

(1)对癌症中的hormesis现象进行数学建模。查阅相关资料,学习计算系统生物学的相关背景知识,理清肿瘤、免疫细胞以及抗肿瘤药物的相互作用关系和药物作用机制,从而建立合适的常微分方程模型描述它们的相互作用及肿瘤细胞、免疫细胞的动力学特性;

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3. 研究计划与安排

1-3周:查阅文献,完成开题报告;

4-6周:总体设计,完成论文综述;

7-10周: 函数参数与算法寻优;

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] calabrese e j, baldwin l a. toxicology rethinks its centralbelief [j]. nature, 2003, 421(6924): 691-692.

[2] calabrese e j. cancer biology and hormesis: human tumor celllines commonly display hormetic (biphasic) dose responses [j]. crit revtoxicol, 2005, 35(6): 463-582.

[3] pearce o m, lubli h, bui j, et al. hormesis in cancerimmunology: does the quantity of an immune reactant matter? [j].oncoimmunology, 2014, 3(6): e29312.

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