Simulaciones por computadora de un modelo espacio-temporal para la interacción del sistema inmunológico y los tumores cancerosos

Abstract

In this work we have carried out a study of the growth of a cancer tumor using computer simulation, implementing a model for the competition of nutrients. This model was extended by incorporating the interaction of the tumor with the natural immunological response of the immune system. To accomplish this we considered the chemotactical diffusion of lymphocytes in the tissue. We carried out simulations in order to show the tumor behavior with the immunological interaction, systematically evaluating all the parameters that intervene in the interaction between the tumor and the immune response, such as: diffusion coefficient, generation, absorption, and mean lifetime for the messengers; as well as for the interaction of the lymphocytes we studied the parameters related to the diffusion, efficiency, mean lifetime and chemotactic factor. Then we incorporated a treatment with a biological therapy, using a periodic dosification with cytokines, that looks to improve the natural response of the immune system. For the addition of treatment we studied different forms of therapy, as well as different functional parameters that characterize the therapy such as the amount of dose provided and the period of the application. Finally, we implement a therapy based the most optimal results, in which we considered the blocking of the migration of cancer cells by determined concentrations of lymphocytes in the tissue. We present graphical results of the simulations for populations of cancer, healthy, and death cells under the different cases studied: natural immune response, biological treatment and optimizations of therapy.

En este trabajo se realizó el estudio del crecimiento de un tumor canceroso utilizando una simulación computacional, implementándose un modelo de competencia por nutrientes. Se extendió este modelo incorporando la interacción del tumor con la respuesta inmunológica natural del sistema inmunológico. Para ello se consideró la difusión de linfocitos a través del tejido por quimiotaxis. Se realizaron simulaciones para mostrar el comportamiento tumoral con la acción inmunológica, evaluando sistemáticamente todos los parámetros que intervienen en la interacción del tumor y la respuesta inmune, tales como: coeficientes de difusión, generación, absorción y vida media de los mensajeros. Al igual que para la interacción con linfocitos se estudiaron los parámetros relacionados con la difusión, efectividad, vida media y factor quimiotáctico. Luego se incorporó un tratamiento con una terapia biológica, utilizándose una dosificación periódica con citoquinas, que busca mejorar la respuesta natural del sistema inmune. Para la adición del tratamiento se estudiaron diferentes formas de terapia al igual que los parámetros funcionales de la terapia como la cantidad de dosis suministrada y el periodo de aplicación. Finalmente se implementa una terapia basada en los resultados óptimos, en la cual se considera el bloqueo a la migración de las células cancerosas por determinadas concentraciones de linfocitos en el tejido. Se muestran resultados gráficos de las simulaciones para poblaciones de células cancerosas, sanas y muertas bajo los diferentes casos estudiados: respuesta inmune natural y tratamiento. Finalmente se consideraron los rangos de parámetros que optimizaron la terapia