Using network descriptors for comparison of vascular systems created by tumour-induced angiogenesis

• Autorzy: Topa P. , Dzwinel W.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie deskryptorów sieciowych do klasyfikacji sieci naczyń krwiono´snych generowanych przy pomocy modelu angiogenezy stymulowanej rozwojem guza litego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

We check-out a set of statistical network descriptors for classification of various vascular networks generated by model of Tumour Induced Angiogenesis. In the model two spatio-temporal scales representing global behaviour of vascular network and local processes in surround tissue are clearly separated. The grid of cellular automata (CA) corresponds to both healthy and cancerous tissues as well as it is used as the environment for simulating the fast processes of nutrients (O2) and TAF (tumour angiogenic factors) diffusion. Vascular network is modelled by using irregular graph of cellular automata placed on the top of CA grid. The model is controlled by a selected set of parameters reflecting influence of various factors such as: TAF and O2 concentration and model parameters responsible for vessels sprouting and anastomosis. We discuss an application of single network descriptors against approach based on using a set of various descriptors subjected multidimensional analysis method.

PL

W artykule przedstawiono metodę klasyfikacji sieci naczyń krwionośnych generowanych z użyciem modelu angiogenezy stymulowanej rozwojem guza litego przy użyciu zespołu statystycznych deskryptorów sieciowych. Wprezentowanym modelu angiogenezy dwie skale przestrzenno-czasowe skale reprezentujące odpowiednio globalne zachowanie sieci naczyń oraz lokalne procesy zachodzące w tkance zostały wyraźnie rozdzielone poprzez zastosowanie różnych paradygmatów modelowania. Regularna siatka Automatu Komórkowego obrazuje zdrową oraz zajętą przez nowotwór tkankę. Lokalne reguły przejścia automatu komórkowego modelują procesy dyfuzji tlenu, substancji odżywczych oraz czynników angiogenezy. Sieć naczyń krwionośnych przedstawiona jest przy pomocy nieregularnej struktury Grafu Automatu Komórkowego konstruowanego nad siatką klasycznego automatu komórkowego. Dla modelu zdefiniowano szereg parametrów odzwierciedlających wpływ czynników takich jak tempo dyfuzji czynników angiogenezy i tlenu, tworzenie rozgałęzień i anastomoz. W artykule przedstawiono wstępne wyniki symulacji oraz zademonstrowano wyniki badań zastosowania zespołu deskryptorów sieciowych do klasyfikacji otrzymanych wyników.

Słowa kluczowe

EN

cellular automata; Tumour Induced Angiogenesis; Network descriptors

• Wydawca: Instytut Informatyki Teoretycznej i Stosowanej Polskiej Akademii Nauk
• Czasopismo: Theoretical and Applied Informatics
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 21, No. 2
• Strony: 83--94
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys.

Twórcy

autor

Topa P.

autor

Dzwinel W.

• AGH University of Science and Technology, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• 1. Carmeliet P.: Angiogenesis in life, disease and medicine, Nature, vol.438, 2005.
• 2. Carmeliet P., Jain R. K.: Angiogenesis in cancer and other disease, Nature, vol.407, 2000.
• 3. Chopard B., Droz M.: Cellular Automata Modelling of Physical Systems, Cambridge University Press, 1998.
• 4. Dzwinel W., Błasiak J.: Method of particles in visual clustering of multi-dimensional and large data sets, Future Generation Computers Systems, 15, 365-379, 1999.
• 5. Ferrar N., Kerbel R. S.: Angiogenesis as a therapeutic target, Nature, vol.438, 2005.
• 6. Goryczka S., Arod´z T.: Complex-Network-Based methodology for analysis of biomedical data, Bio-algorithms and med-systems, vol. 2, No. 3, 2006, pp. 19-26, Jagiellonian Univ.
• 7. Mantzaris N. V., Webb S., Othmer H. G.: Mathematical modelling of tumour-induced angiogenesis, J.Math.Biol., 2004.
• 8. Stéphanou A., McDougall S. R., Anderson A. R. A., Chaplain M. A. J., Sherratt J. A.: Mathematical Modelling of Flow in 2D and 3D Vascular Networks: Applications to Antiangiogenic and Chemotherapeutic Drug Strategies, Journal of Mathematical and Computer Modelling, 41, pp.1137-1156, 2005.
• 9. Tonini T., Rossi F., Claudio P. P.: Molecular basis of angiogenesis and cancer, Oncogene, vol. 22 pp. 6549-6556, 2003.
• 10. Topa P., Dzwinel W.: Consuming Environment with Transportation Network Modelled Using Graph of Cellular Automata, LNCS 3019, pp. 513-520, 2004.
• 11. Topa P., Dzwinel W., Yuen D.: A multiscale cellular automata model for simulating complex transportation systems, International Journal of Modern Physics C, vol. 17(10), pp. 1-23, 2006.
• 12. Topa P.: Toward a two-scale cellular automata model of tumour induced angiogenesis, S. El Yacoubi, B. Chopard, S. Bandini (eds.): ACRI 2006, Lecture Notes in Computer Science 4173, pp. 337-346, 2006.
• 13. Topa P., Paszkowski M.: Anastomosing transportation networks. LNCS 2328 pp. 904- 911, 2002.
• 14. Wolfram S.: A new kind of science, 2002.