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放射線治療が微小循環と周辺組織に及ぼす初期影響のインシリコモデル
In silico model of the early effects of radiation therapy on the microcirculation and the surrounding tissues.
PMID: 32361401 DOI: 10.1016/j.ejmp.2020.04.006.
抄録
背景:
放射線によって誘発される臓器機能障害は、正常組織合併症確率モデルによって記述されることが多い。このような放射線生物学的アプローチの近似では、血管の線量反応だけでなく、微小血管が存在する臓器の線量反応にも重要な役割を果たしていることを考慮することができません。そこで本研究では、放射線誘起変化によってネットワークや周辺組織のパラメータが変化した場合の微小循環の流体力学を記述する計算モデルを発表した。
BACKGROUND: Radiation-induced organ dysfunction are frequently described by Normal Tissue Complication Probability models. The approximations of this radiobiological approach do not allow to consider the important role played by the microvasculature not only in the dose-response of the blood vessels but also of the organs where it is located. To this purpose, we presented a computational model that describes the fluid dynamics of microcirculation when the parameters of the network and the surrounding tissues are affected by radio-induced changes.
材料と方法:
電離放射線の毛細血管床への影響は、炎症反応によって媒介される。我々は文献検索から、急性炎症の過程に起因する毛細血管ネットワークの形態学的・機能的変化の可能性を導き出した。具体的には、血管拡張、膜透過性の亢進とそれに伴う体液の滲出、壁弾性の亢進を考慮した。このようなシステムへの摂動を計算モデルに組み込み、微小循環と周囲の組織との交流の物理学を記述することができました。
MATERIALS AND METHODS: The effects of the ionizing radiation on the capillary bed are mediated by the inflammatory response. We derived from a literature search the possible morphological and functional variations of the network due to the process of the acute inflammation. Specifically, we considered vasodilation, increased membrane permeability with consequent fluid extravasation and increased wall elasticity. These perturbations to the system were included in a computational model, already able to describe the physics of the microcirculation and its exchanges with the surrounding tissues.
結果:
2つの計算記述を検討した。1つ目の研究では、ベースライン時の健康シナリオから浮腫形成を伴う重症化シナリオまで、体液交換の増加に関連する4つのパラメータのセットを変更した。2つ目の研究では、血管壁弾性の摂動の効果を調べた。
RESULTS: Two computational descriptions were considered. In the first one, we changed a set of 4 parameters associated with the increased fluid exchange from the health scenario at the baseline to a seriously compromised scenario with the edema formation. The second study investigated the effect of a perturbation to the vessel wall elasticity.
結論:
これらのシミュレーションは、血管微小環境に対する放射線の影響を機械論的に理解し、記述するという挑戦的な目標に向けた第一歩である。
CONCLUSIONS: These simulations represent a first step towards the challenging objective of understanding and describing in a mechanistic way the effects of radiation on the vascular microenvironment.
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