In Silico Ογκολογία: Μοριακά Δίκτυα - Γράφοι Και Χωροχρονική Υπολογιστική Προσομοίωση Της Απόκρισης Καρκινικών Όγκων Σε Θεραπευτικά Σχήματα

Abstract

Η παρούσα εργασία τιτλοφορείται In Silico Ογκολογία: Μοριακά δίκτυα - γράφοι και χωροχρονική υπολογιστική προσομοίωση της απόκρισης καρκινικών όγκων σε θεραπευτικά σχήματα. Ο όρος in silico ( = υπολογιστική) ογκολογία αφορά σε ένα σύνολο τεχνικών με το οποίο πραγματοποιείται, μέσω του υπολογιστή, προσομοίωση της ανάπτυξης καρκινικού όγκου καθώς και της απόκρισής του σε ποικίλα σχήματα θεραπείας (όπως χημειοθεραπεία, ακτινοθεραπεία, στοχευμένη θεραπεία). Η διπλωματική αυτή πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια της έρευνας της Ομάδας για την In Silico Ογκολογία του ΕΠΙΣΕΥ-ΕΜΠ. Το πρώτο κεφάλαιο της εργασίας περιέχει μια επισκόπηση της μοριακής βιολογίας και παθολογίας του καρκίνου και συγκεκριμένα του καρκίνου του μαστού. Επίσης παρουσιάζεται μια συλλογή μοριακών δικτύων που παρουσιάζουν αλληλεπιδράσεις μεταξύ γονιδίων, πρωτεϊνών και άλλων μοριακών ειδών και περιγράφουν διαδικασίες σχετικές με την ανάπτυξη του κυττάρου και την ογκογένεση, με ιδιαίτερη έμφαση στο γονίδιο p53. Στη συνέχεια, στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται παρουσίαση των χαρτών μοριακών αλληλεπιδράσεων (ΜΙΜ), οι οποίοι είναι διαγράμματα που περιγράφουν ικανοποιητικά και με ακρίβεια μοριακά δίκτυα που περιέχουν γονιδιακά και πρωτεϊνικά συμπλέγματα και τροποποιήσεις καθώς και μεταβολικές οδούς που συμμετέχουν σε κυτταρικές διεργασίες οι οποίες συνδέονται άμεσα με την ύπαρξη καρκινικού όγκου.Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται μια πρωτοεμφανιζόμενη στη βιβλιογραφία τεχνική απεικόνισης μοριακών δικτύων σε μορφή ψηφιακών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων αποτελούμενων από λογικές πύλες και με χρήση της boolean λογικής. Η τεχνική αυτή είναι μια μηχανιστική περιγραφή αλληλεπιδράσεων που συμβαίνουν σε μοριακό επίπεδο και οι οποίες σχετίζονται άμεσα ή έμμεσα με εμφάνιση καρκίνου, με τρόπο οικείο προς τον ηλεκτρολόγο μηχανικό αλλά και απλό στην κατανόηση και την επεξεργασία. Στο τέταρτο κεφάλαιο αναλύεται το τετραδιάστατο υπολογιστικό πρότυπο της απόκρισης στερεών όγκων σε σχήματα χημειοθεραπείας. Συγκεκριμένα παρουσιάζεται το παράδειγμα της απόκρισης καρκίνου του μαστού στο σκεύασμα epirubicin μέσω ανάλυσης της προσομοίωσης της απόκρισης του όγκου στο εν λόγω σκεύασμα, και πραγματοποιώντας παραμετρική μελέτη για διάφορους χρονισμούς και τρόπους χορήγησης του φαρμάκου. Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται ανασκόπηση της βιβλιογραφίας στο θέμα της προσομοίωσης των καρκινικών όγκων, θεωρητική προσέγγιση του θέματος λαμβάνοντας υπόψη τις διεργασίες του κυτταρικού κύκλου, καθώς και αναφορά προτεινόμενης προσομοιωτικής στρατηγικής για τη γενική περίπτωση ύπαρξης όγκου. Τέλος, αναφέρεται το κυτταροκινητικό μοντέλο που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της έρευνας αυτής.Στο έκτο κεφάλαιο εκτίθενται τα συμπεράσματα και οι προοπτικές ανάπτυξης του θέματος της διπλωματικής. Στο έβδομο κεφάλαιο παρουσιάζεται η βιβλιογραφία που χρησιμοποιήθηκε για τις ανάγκες της παρούσης εργασίας