مدلسازی عددی بازسازی شبکه مویرگی در یک بافت سرطانی با در نظر گرفتن تاثیر جریان میان بافتی

در این رساله ارائه مدل جامعی که بتواند در برگیرنده عوامل مختلف فیزیولوژیکی رسانش دارو به تومورها باشد، مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش برای اولین بار رسانش دارو به تومور با در نظر گرفتن شبکه مویرگی دینامیک (این شبکه تحت تاثیر تومور تولید شده است) که در ارتباط با جریان میان بافتی است و سیستم لنفاوی را هم شامل می شود، مطالعه شده است. از نکات مهم این مطالعه حل معادلات مستقل انتقال ماده حل شدنی همزمان با معادلات حاکم بر جریان سیال است. همچنین اثرات پارامترهایی مانند شکل و اندازه تومور بر رسانش دارو مطالعه شده است. به منظور دستیابی به این مدل جامع در ابتدا، مدلی از جریان سیال درون بافتی در بافت توموری و نرمال ارائه شده است. جریان درون بافتی همزمان با جریان درون مویرگی در شبکه مویرگی ناشی از تومور حل شده است. شبکه مویرگی به کمک روش ریاضی رگ زایی گسسته-پیوسته تولید شده است. در ادامه، جریان درون مویرگی با در نظر گرفتن سه شرط مختلف برای شبکه مویرگی بررسی شده است که عبارتند از: 1) توزیع یکنواخت و ثابت فشار درون-مویرگی به عنوان شبکه 2) شبکه با قطرهای ثابت (روش استاتیک) 3) شبکه با قطرهای متغیر (روش دینامیک). نتایج نشان داد که روش شبکه دینامیک (دارای فرضیات واقعی)، شبکه مویرگی پیچیده تر و ناهمگن تری نسبت به روش استاتیک و بالاترین فشار میان بافتی (در حدود 2 برابر روش بدون شبکه و 1/3 برابر روش شبکه استاتیک) را پیش بینی می کند. با اضافه کردن معادلات انتقال ماده حل شدنی به معادلات جریان سیال درون بافتی و درون مویرگی، رسانش دارو به بافت توموری در حضور شبکه مویرگی در یک مدل با فرضیات واقعی بررسی شده است. در مدل سازی رسانش دارو نیز سه فرض مدل سازی جریان خون در شبکه مویرگی لحاظ شده است. بررسی نتایج نشان داد که مدل سازی با توزیع یکنواخت فشار درون مویرگی، مقدار غلظت داروی بالاتری را در ناحیه توموری نسبت به روش های با شبکه، پیش بینی می کند. با مقایسه نتایج دو روش شبکه دینامیک و بدون شبکه مشخص می شود که توزیع دارو در شبکه دینامیک، به دلیل پیچیده بودن شبکه مویرگی ناشی از تومور و فشار میان بافتی بالاتر در ناحیه توموری غیریکنواخت تر است. به کمک مدل ریاضی ارائه شده، اثر برخی پارامترهای مرتبط با تومور در رسانش دارو بررسی شده است. حجم و شکل تومور در مطالعه آنالیز حساسیت بررسی شده اند. به علاوه، دو پارامتر دیگر که یکی مرتبط با خصوصیت جریان و وابسته به فشار جریان خون و اسمزی بوده و دیگری مرتبط با خصوصیات بافت، ضریب رسانش هیدرولیکی است، نیز بررسی شده اند. نتایج نشان داد که اثرات رشد تومور (افزایش حجم) (افزایش حجم از 0.1 به 1 (cm3 باعث کاهش رسانش دارو به میزان 35 درصد می شود. بررسی اشکال مشخص کرد که رسانش دارو با کشیده شدن شکل بیضوی تومور(بیضی کشیده)، افزایش می یابد که علت آن، بالا رفتن اثرات انتقال جابه جایی از رگ ها به بافت در این تومورهاست. بررسی اثر پارامتر جریانی نشان از کم اهمیت بودن آن (تغییرات در حدود 5 درصد در تغییرات 200 درصدی پارامتر) دارد و اثر پارامتر بافتی حاکی از تاثیر زیاد این پارامتر (تغییر دو برابری در افزایش 2 تا 3 برابری پارامتر) در رسانش دارو است.