مدل‌ عددی مبتنی بر تصویر برای دارورسانی به تومورهای جامد

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مکانیک دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

2 دانشیار/گروه حرارت و سیالات، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

3 دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

چکیده

امروزه با توجه به افزایش مرگ‌و‌میر ناشی از تومورهای سرطانی، توجه محققین بسیاری به یافتن روش‌ها و ابزارهایی جهت تشخیص و درمان صحیح تومور معطوف شده است. در میان این روش‌ها، استفاده از مدل‌های ریاضی و شبیه‌سازی‌های عددی در کنار مطالعات بالینی می‌تواند به درک صحیح مکانیزم دارورسانی به تومور کمک کرده، کارآیی درمان دارویی را ارتقا داده و اثر پارامترهای فیزیولوژیکی مختلف را بر رفتار تومورها نشان ‌دهد. هدف اصلی این پژوهش استفاده از یک مدل چندمقیاسی مبتنی بر مدل‌سازی ریاضی و نیز دینامیک سیالات محاسباتی برای بررسی رسانش دارو به تومور و پیش‌بینی اثر درمان است. مدل فیزیولوژیکی واقعی‌تر شده‌ی تومور نسبت به مدل‌های پیشین با به‌دست آوردن هندسه شبکه مویرگی از یک تصویر و نیز درنظر گرفتن ناحیه نکروز و جذب سلولی مورد بررسی قرار می‌گیرد. در ادامه، مدل‌سازی جریان سیال و رسانش دارو در فضای میان بافتی انجام می‌گیرد. نسبت سلول‌های کشته شده توموری بعد از درمان بافت سرطانی با دوکسوروبیسین در حدود 03/69 درصد به‌دست آمده است. نتایج نشان می‌دهند که مقدار غلظت در ناحیه نکروز بسیار پایین بوده و تنها مقدار کمی دارو به‌واسطه دیفیوژن به درون ناحیه نکروز نفوذ می‌کند. یافته‌های مطالعه‌ی حاضر می‌تواند به درک بهتر مکانیزم دارورسانی به تومورهای جامد برای غلبه بر موانع میکرو محیطی تومور با هدف اثر بخشی بهتر درمان کمک کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Image-based numerical model for drug delivery to solid tumors

نویسندگان [English]

  • Farshad Moradi Kashkooli 1
  • Majid Soltani 2
  • Mohammad Hosein Hamedi 3
1 Department of Mechanical Engineering, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran
3 Department of Mechanical Engineering, K N Toosi University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

Due to the high mortality rates associated with cancerous tumors, many researchers are focused on finding methods and tools for early detection and effective treatment. Among these, mathematical models and numerical simulations along with clinical studies can help provide better understanding of drug delivery mechanisms, enhance the efficacy of therapy, and demonstrate the effect of various physiological parameters on tumor behavior. The main objective of this study is to use a multiscale model based on mathematical modeling and computational fluid dynamics to evaluate drug delivery to a solid tumor and to predict treatment efficacy. A more-realistic physiological model of the tumor compared to the previous models is examined by obtaining the capillary-network’s geometry from an image, as well as by considering the necrotic area and cellular uptake. Fluid flow modeling and drug delivery simulation are then performed for the interstitium. The fraction of killed cells is obtained approximately 69.03% after the cancerous tissue is treated with doxorubicin. Results also demonstrate that the drug concentration in the necrotic area is very low; only a small amount of the drug penetrates into the necrotic area by diffusion. The findings of this study may help researchers better understand the mechanism of drug delivery to solid tumors, —a necessary step in overcoming the micro-environmental barriers of tumors that impede treatment efficacy.

کلیدواژه‌ها [English]

  • "Drug delivery"
  • "Solid tumors"
  • "Capillary network"
  • "Necrotic zone"
  • "Chemotherapy"