文摘

在这个工作中,一个方法建立校正模型,描述了DNA损伤和修复的基本动力。模型可以用来扩展规划放疗和高热为了包括生物效应。与“句法”模型(例如,描述分子动力学),这里使用的模型描述了放射生物语义,从而导致一个更强大的模型也更具有挑战性的校准。模型校准是试图从单独试验数据(剂量- Gy)和时间分辨彗星试验数据获得照射后6 h内6 Gy。这是证明了这两个中的任何一个单独的信息来源不够成功模型校准,这两个的信息来源结合在一个全面的方法找到可行的模型参数是必要的。近似贝叶斯算法与模拟退火(ABC)是用于参数搜索,揭示两个方面有利于解决校准问题:(1)评估后参数分布的点估计值和(2)结合校准从不同的化验,加入后验分布,而不是运行一个校准运行相结合,计算非常昂贵的目标函数。

1。介绍

DNA损伤和修复是放射治疗的一个关键方面,肿瘤细胞被照射的地方。辐射诱导的DNA损伤,最终导致细胞死亡,如果损坏不能修复成功。轻微的高热是由加热治疗提高放疗癌细胞41°C和43°C之间的温度。在高热的具体工作原理及其与放射治疗仍需研究[1),它已经表明,高热作为辐射敏化剂影响DNA修复,辐照后发生事件(2- - - - - -5]。结果是,DNA损伤和修复的动态知识以优化高热治疗方案至关重要。

放疗,计算机建模是用来协助治疗计划的决定。这样的规划是基于蒙特卡罗模拟或内核方法和交付dose-volume直方图(6]。除了这些几何量的计算,形状方法规定的辐射剂量根据提出了肿瘤的生物学特性,但目前没有建立7]。规定的剂量的辐射一般分为分数,交付在随后的会议;然而,这种分离方案通常不是病人层次上的优化,并根据临床试验剂量处方选择和经验。虽然规划软件可能包括计算器生物有效剂量(床)和等效剂量(EQD2),他们不是建模生物效应(如DNA损伤和修复),而是,他们比较分离方案的工具。同样,高热、规划系统为高热输出温度或特定吸收率(SAR)地图存在(8),计算器提出了等效剂量(9,10]。然而,一个更深刻的理解和建模上述放射生物effects-DNA损伤和修复在这个上下文将产生更好的治疗方法。例如,高热被认为禁用DNA修复蛋白为一定的时间(2]。如果辐射诱导损伤介绍这段时间窗口,消除细胞的几率增加(11]。因此,如果正确校准,涉及DNA损伤和修复的一个模型可以量化的时间窗口通过模拟de -和活化的蛋白质。

在这个工作中,一个方法建立校正模型,描述了DNA损伤和修复的基本动力。该模型可以用于扩展规划放疗和高热包括上面讨论的生物效应,即。,DNA damage and repair: The biological system is modeled in silico, and a parameter search for model calibration is performed with the goal to be able to quantify biological effects for the system of interest. While previous efforts demonstrated feasibility [12),提供了一个校准过程的深入分析。这一分析表明,一些参数仍然不明。该方法的一个优势是,它能够把校准结果源自不同的输入数据源(即。化验)。使用这种方法,但身份不明的参数可以进一步细化。

模型校准需要数据可以从许多来源获得如图1:(1)采用化验等 H2AX,量化DNA修复(13];(2)彗星试验,量化的DNA损伤(14];这个分析是进一步讨论的部分2。3;(3)单独分析,量化clonogenicity [15)和讨论部分2。2。(4)在临床环境中,在肿瘤细胞DNA损伤和修复也影响反应评估标准,肿瘤体积,患者生存,肿瘤进展和增长率,等。因此,这些数据(但很异类7),因此一个潜在的好选择),在理论上,也被用于模型校准。


图1
概述不同的化验(单独使用、彗星和采用)获取DNA损伤和修复的不同方面(细胞生存,物理伤害和分子途径)。每个试验(左)提供的数据,在硅(右)与一个合适的模型。另外,这些可以捕捉到一个各个方面,整体模型综合分析数据来源于比较。后一种方法是追求工作紧急细胞反应(单独分析)和物理修复DNA片段(彗星试验)。

这四个不同的选项对应的四个水平见图1在左边。在右边,合适的模型来描述这些类型的读出。通常,这些模型只是试图复制一些观察到的读出。例如,上述细胞生存曲线通常表现出抛物线自然对数域(16,17]。因此,二次模型 通常用于剂量反应,没有进一步的理由只是作为拟合方法的现有数据。在过去,这种方法已经扩展为一个linear-quadratic-linear关系(18),又在试图模拟实验观测数据。同样,biostatistical彗星试验分析模型能够描述分析读出但不实际模型DNA损伤和修复,更不用说以动态的方式(19,20.]。

另一类模型更进一步实际上描述潜在的分子原则而不是仅仅测定读出。例如,上述H2AX磷酸化可以使用一组微分方程建模21), H2AX读出来源于模型。这种方法是机械的,它直接的动力学建模 H2AX通路,可以视为分子机制的语法描述。其他模型包括lethal-potentially-lethal (LPL)模型的柯蒂斯(22由Vassiliev[]和模型23)和 - - - - - -LQ模型(24)都遵循放射生物动力方法但不考虑高热。AlphaR模型(25)考虑了高热的影响,尽管温度高于43.5°C的不是这个工作的重点。更进一步,multi-hit-repair (MHR)放射生物模型描述的语义26),而不是力学。它被用来获得细胞生存曲线(12)以及彗星试验读数(27]。MHR模型语义的方法,除了被选为这个工作,因为它是bioinspired和过去,它的能力是解释许多放射生物现象。

2。材料和方法

在下面几节中,实验设置(部分2。1),不同的生物化验(部分2。2和2。3),这项工作中所使用的模型(部分2。4),将模型状态映射到读出的方法从实验化验(部分2。5(部分)和校准方法2。6介绍,总结关于软件及其可用性(做一个简要的介绍部分2。7)。

2.1。实验装置

艾布拉姆斯的高热和辐照进行细胞细胞系;他们是一种教授罗伯特·Rebhun礼物(美国加州大学戴维斯分校,加州)。这些犬骨肉瘤细胞选择因为他们的抗辐射性(SF2: 0.85)28),然而他们对高热辐射敏化剂( 孔侑 , 孔侑 ,和 = 0.72 Gy高热enhancement-factors (EF) 和 (29日]因为高热执行如下表示。)

细胞在DMEM在37°C湿润孵化器为5% (MCO-18AC-PE,三洋,大阪,日本)。在高热治疗前照射的情况下,这些细胞被转移到另一个相同类型的孵化器,将42°C,大约的暴露于加热阶段。40分钟,其次是另一个60分钟的治疗时间在目标温度。治疗的顺序(高热其次是辐照)和治疗时间的选择与临床实践(30.]。确保可重复性和量化等热力学影响传热和蒸发冷却,孵化器仔细校准(29日]。对于一个实验没有高热治疗,细胞保持在37°C孵化器。高热治疗时间,完成后,这些细胞被从孵化器中删除和辐照6 MV直线加速器(Clinac iX,瓦里安,帕洛阿尔托,美国)。足够的剂量累积和最佳辐照的剂量分布场的均匀性保证了适当的有机玻璃层。自辐照设备也可以用于常规动物病人治疗,剂量校准由经过认证,合格的医疗物理学家和定期检查与瑞士联邦理工学院的电离室校准计量(搜索)。

由于物流原因(传输时间,安装时间和序列的照射),有一个大约的时间间隔。10分钟之间的高热治疗和辐照的开始。辐照剂量发生在0 Gy - 6 Gy的剂量率600亩,相应的约。6 Gy /分钟。图2说明了实验的时间表。重要的是要注意,虽然时间可能表明,否则,任何实验过程(单独使用和彗星试验)下面讨论破坏细胞。细胞用于给定的读出因此不可以再次使用后或不同的读数。因此,读出源于不同批次的细胞。


图2
图示的实验性治疗。时间轴顶部描绘了一个实验没有高热,细胞保存在哪里 C,然后转移到直线加速器辐照(↯),然后克隆生长。彗星分析辐照之前以及在执行 6小时修理时间的辐照。单独分析,克隆是固定和量化后10天。底部的时间遵循相同的计划,但有额外的高热治疗包括过渡和治疗42°C。时间轴不是按比例画的。
2.2。单独分析

单独分析方法量化细胞生存治疗的一部分,在这种情况下一个辐照事件(15]。它的工作原理,通过培养细胞的数量在培养皿中,菌落周围形成这些细胞由于细胞分裂。10天后,殖民地的数量清点的数量和相关细胞播种。如果一个细胞失去clonogenicity由于治疗,它不会形成一个克隆,细胞生存治疗(在维护clonogenicity)将形成一个殖民地。数据集模型单独细胞生存艾布拉姆斯犬骨肉瘤细胞这里使用以前出版,描述和实验的细节协议(29日]。

2.3。彗星试验

彗星试验方法量化物理在单个细胞DNA损伤(14),进行如下:大约1.5 艾布拉姆斯细胞被播种在每个6-well板治疗的前一天。细胞治疗辐射和/或热量和收获后治疗。为此,采用胰蛋白酶,细胞被resuspended在冰冷的PBS。离心后,细胞数在每个样本和resuspended DMEM培养基补充10% DMSO溶液,在一个适当的体积达到2的浓度 细胞每毫升。样品细胞彗星试验中使用被储存在-80°C。实验重复3次。

细胞从每个重复实验是在同一天解冻和竞选彗星试验(5个不同的运行需要运行所有的样品)。解冻和离心后,DMSO很快被删除和冰冷的PBS补充道。细胞悬浮在熔融LMAgarose (CometAssay®LMAgarose, Trevigen) 1/10的比率(大约1500细胞/样本)。细胞被嵌入在琼脂糖在载玻片,在黑暗中10分钟在4°C。幻灯片当时沉浸在4°C溶解溶液(CometAssay®溶解溶液,Trevigen)为1.5 h在一个房间里在4°C。幻灯片被沉浸在电泳运行缓冲(8毫克/毫升氢氧化钠,2毫升/毫升0.5 EDTA pH值8 O) 10分钟在黑暗中在4°C。电泳,幻灯片放在Trevigen彗星试验箱(CometAssay®电泳系统II, Trevigen)在寒冷的房间里,在一个850毫升的准确体积4°C的电泳的解决方案。运行持续30分钟21 V 0.3。被小心地保持相同的温度和体积之间的解决方案运行避免interrun可变性。在dH幻灯片终于沉浸两次 O为10分钟,然后在70%乙醇室温15分钟。染色,稀释SYBR黄金(1:10 000年,SYBR黄金核酸凝胶染色,英杰公司)被添加到每个点的干琼脂糖包括细胞,在室温下15分钟,在黑暗中。幻灯片是清洗、干燥和在黑暗中储存在室温下。

为了量化DNA损伤,彩色彗星的显微镜图像分析与图像处理软件彗星IV,计算一个值为每个细胞/彗星,表明DNA损伤的程度。从损伤指标提供的软件,尾巴的相对强度(RTI)被选中,是因为它提供了一个线性DNA链断裂的数量之间的关系和量化损伤(31日,32)——产权高度期望的数据映射中引入部分2。5。由此产生的数据是之前的出版物中使用(27]。

2.4。Multi-Hit-Repair模型

(所27MHR模型],[12)是一个动态的人口模型,细胞被分配到的人口 根据辐射诱导点击的数量(变量名 )他们积累了。的变量 计数细胞的人口的数量 。了定义在这个作为损伤阻碍细胞的有丝分裂。结果,细胞与一个或多个不能进行有丝分裂,直到所有达到治愈的修复过程。Clonogenicity细胞形成克隆的能力,而有丝分裂是一个先决条件。因此,只有细胞 单独使用。图3提供了一个图形模型的说明。细胞可以积累 ,对应于上述链的长度。链的长度可以是无限的,但对于一个实现, 必须是有限的。实际的限制 选择,没有拥堵结束的时候发生链。满足这一标准 ;因此,链的长度相应选择。


图3
高层MHR模型的说明(27]。箱子的描述种群的链结构 ;箭头表示细胞如何积累支安打(向右),进行细胞死亡(顶部),或进行修理(左)。以下链,彗星试验图片概念说明彗星尾巴越来越高相对强度被映射到越来越高的人群的数量。

在模拟运行期间,所有的细胞都是单独使用起初;因此,他们被分配到人口 ,计算状态变量 。支安打与剂量率辐射引起的 ,这是设置为0 Gy /分钟除了在辐照,在任何时候。因此, 是一个平方脉冲开始吗 6 Gy /分钟的强度(见部分2。1);脉冲的宽度对应于服用剂量。而 ,细胞在概念上旅行到链积累达到根据辐射敏感度参数 ( 的上下文中MHR模型无关 用于线性二次模型的介绍中提到)。辐照后,修复过程在细胞治疗病变,因此,细胞在相反的方向旅行,他们最终可能达到 。这个维修是由修复速率常数 和调制的修复功能 (见下文)。另外,修复过程可能会失败,导致细胞的死亡。消除过程发生的速度 。因此,人口的微分方程 是

DNA修复不能发生后立即修复,因为辐射不仅引起DNA损伤,而且损害修复所需的蛋白质。修复的顺向初始阻抗建模使用瞬态生物剂量当量(TBDE) :

衰变后使用辐照和辐照后的修复功能,妨碍修复:

因为一些少量的伤害已经存在在辐照之前,初始条件是选择反映了损伤分布根据方程(8)在先前的工作中27]。或者,它可以假定没有损害之前照射;也就是说, , ,和 。微不足道的差异而言,这两种方法之间的模型输出被发现;因此,后者,更简单的方法是在这项工作中使用。全套的方程给出了补充材料;给出了模型参数的总结表1。参见[12,26,27)的推导、验证和MHR模型的进一步讨论。

表1
总结的模型参数,包括他们的搜索空间。最后一列显示参数的搜索的结果(见部分2。6)。

高热,两个变量 和 介绍了跟踪活跃的状态( )和非活动( )修复蛋白质。这些变量代表各自的相对数量的修复蛋白质,因此,他们总结1;也就是说, 。激活和失活是由下列微分方程:

不活跃的速度修复蛋白质重新激活, ,被假定为常数在先前的研究12,26,27,30.),在这工作。而复活可能与温度有关的,作者不知道任何研究支持这个假设,因此,遵循的原则假设尽可能简单的情况下, 不是温度的函数。

然而,修复蛋白的失活是与温度有关的(2,33,34]。的速率发生这种情况, ,了阿伦尼乌斯法(35)如下:

的参数 介绍了数字的原因。 J K 摩尔 是气体常数, kJ 摩尔 活化能是发表在文献[12,36]。重要的是要注意这一点 可能是特定细胞系;因此,选择 应重新审视未来一旦这些数据可供使用的艾布拉姆斯细胞系。很容易证明平衡方程(4)和(5) 和 ,分别为 c,因此这些值作为初始条件,因为它假定高热治疗之前达到这个平衡。

修复功能扩展到调节DNA修复率的不活跃的修复蛋白质:

这需要修复的速度减少在不活跃的存在修复蛋白质由于热影响( )和辐照后TBDE高( )。

一个温度 C组在高热治疗。之前和之后的治疗,温度设置为 C。

2.5。模型/读出映射

自从MHR模型是描述放射生物过程而不是分析读数,方法需要实现模型映射到这些读数。对于单独分析,这是相对直接和介绍了12]: 跟踪单独使用细胞的定义;因此,幸存的细胞的数量是现成的 。生存 因此,发现通过评估 最后模拟,提供了仿真时间选择,修复过程仿真结束时完成。

彗星数据映射是更复杂的和介绍了27]:彗星读出在给定时间点由DNA损伤的量化(一般 )细胞。根据DNA损伤的数量,每个单元格是分配给一个垃圾箱 :第一本 追踪细胞几乎没有损失,第二本 追踪细胞有损伤,等。每本的细胞计数和人口规范化等

最后,相对的垃圾箱 可以直接映射到 MHR模型。

节2。4热门酒吧被定义为影响细胞有丝分裂,直至治愈。正确的物理之间的映射DNA损伤报道彗星试验和模型数量 假定知识多少物理DNA损伤是一个打击。换句话说,相对尾强度量化DNA损伤前必须按比例缩小的映射 保持隐含的语义MHR模型(即。,成功的定义)。在[27),正确的比例因子是未知的,因此,被映射到尾强度介于0和4% 任意(如前所述,模型仍然可以使用错误的比例因子,但他们最初设计的参数可能会失去意义)。在这部作品中,比例因子并不是固定在一个方便的任意值。相反,重复该过程与不同比例因素在一个合理的范围内。为了实现这一目标,扩展是形式化的变量 表示最大的尾巴强度仍然是映射到吗 。因此, 在上面的例子中。

有趣的是,该方法未能重现彗星实验数据为小值 。对于大的值 ,由此产生的 参数值是违反规定的下限方程(9)(见图S1)。只有一个小区域 从这些问题是免费的;因此, 是使用。

2.6。近似贝叶斯算法

近似贝叶斯算法(ABC) [37)是用来估计模型参数的分布。每个参数的方法如下:生物有意义的估计参数值的范围。例如,使用 h (该参数的上限),修复蛋白质激活很快从辐照事件;修复概率30分钟辐照后恢复到94%。这是不切实际的高考虑到典型的延迟观测实验(见图4和[38])。因为没有之前的信息可以在一个给定的参数值的位置在搜索空间内 ,统一的先验分布和边界 和 , ,是选择。表中列出的界限1为每一个参数。确定下界 提出了一种特殊情况:很容易显示,在没有任何维修(例如, ),


图4
上图:细胞生存曲线与方程(参数搜索后11)为目标函数: , , , , , , ,和 (左); , , , , , , ,和 (右)。情节在左边的结果从一个参数搜索单独试验数据不考虑(例如彗星数据只是发表和讨论27])。右边的情节也显示参数搜索结果仅从彗星数据,但参数集生产最好的单独使用细胞存活曲线(根据方程(10))。自从采用了单独分析的信息,左情节展品非常贫穷的预测实验数据( )。这表明仅仅来自彗星试验的数据还不足以成功参数搜索所需的所有信息。然而,一些参数集viable-the情节在正确的不遭受这个问题( )-联合方法的使用数据从化验使用。底部:实验和合成彗星读出相同的参数集。

辐照时间。辐照后, ,因此, 保持不变。因为 映射到活细胞的比例(见部分2。5),一个下界 可以建立通过求解方程(9后用 为 在单独使用分析报告和设置 辐照结束的时间点。

初参数搜索, 组参数是通过借鉴之前初始化分布。预测是由前进的方式运行模型,提取预测读出节中描述2。5和比较实验数据。这产生一个错误 根据方程(10)和(11)(见下文)。

在每个迭代的搜索,参数摄动;新的参数值保存 减少,否则丢弃。模拟退火的方式(39),扰动的数量逐渐减少搜索过程。截止值的 被选中。最后, 集的参数;所有这些提供一个令人满意的错误。在这工作, 被选为250迭代。

目标函数的参数搜索与细胞的生存数据

的辐射剂量 ,细胞存活分数获得的实验 ,和预测的细胞存活分数 。

同样,目标函数的参数搜索与彗星数据

时间点 ,规范化的人口 ,和规范化的彗星读出 在方程(定义8)。联合标定是试图结合目标函数(见讨论部分4)。

2.7。软件

上面讨论的方法实现了在python中使用abcpy模块(版本3.5.2)(40ABC(版本0.5.3)]。R版本3.6.0被用来创建情节;的代码和数据是可用的在线(https://github.engineering.zhaw.ch/weyl/synthetic_comet)。软件可以被配置为使用输入数据从单独从彗星试验检测或输入数据。根据这个选择,相应的目标函数 或 使用。结果如图5获得软件运行在单独使用模式,即。、评估 ,而在图4获得软件运行在comet模式,即。、评估 。


图5
上图:细胞生存曲线参数后对两组不同的参数搜索与单独使用分析数据。两组具有类似错误选择( );曲线匹配实验数据(点)相对较好和非常相似但有截然不同的参数值。底部:对应 值(无高热)。两套参数产生相似的生存曲线,动力学的修复是非常不同的。因为单独分析捕获只有在修复完成后,没有这些动态的信息数据。的参数是 , , , , , , ,和 (组1) , , , , , , ,和 (组2)。

3所示。结果

两个模型输出对细胞生存的顶部图所示5软件产生的,因为在单独使用模式下运行。的例子是根据相似 :对于这两个实例, 。实验,这将是非常具有挑战性的(如果不是不可能的话)来区分这两种曲线。然而,底部显示的参数和动力学非常不同:在左边的情况下,大多数2 h后点击已经消失,而同样需要4 h在正确的情况下。

软件运行在comet模式(即。,最小化 ),结果如图4。左边的数据代表一个随机选择的参数结果集和产生细胞存活曲线不同于细胞生存发现实验( = 0.12)。右边的是最低的曲线组中发现的错误( )。

图6显示一个直方图面板的参数与高热(见图S2为参数 , ,和 )。在最上面一行,从单独的软件模式参数显示在中间行,软件在comet模式参数。最后一行显示了联合分布,计算出前两行。一般来说,值 和 围绕着一个或两个山峰,,例如, 更均匀分布在彗星的情况下,但单独使用试验数据表明,参数的峰值较低的值。


图6
直方图与软件校准后的参数值设置为不同的模式,并在底部,结合两套后获得的联合分布。的 参数设置,最小误差的75% 是用来限制离群值。

除了加入这两个为每个参数后验分布,校准是未遂的两个目标函数结合权重因子 :

为了不喜欢任何化验从其他来源,在上次single-assay运行的错误被用来选择 这样两项是相同的数量级。这次尝试失败了;美国广播公司解决从未离开其播种状态(见讨论部分4)。

4所示。讨论

前一节所示的结果显然要求相结合的方法,单独分析和彗星试验数据作为参数搜索的信息来源。然而,两个目标函数相结合的传统方法失败了。这是因为在播种,ABC与模拟退火拒绝样本之前,超过一定阈值(值 试过)。因为很难找到参数,满足两个目标函数,播种国家从来没有完成。因此,计算更轻的方法提出了联合后验,允许更多的灵活性相结合进一步校准结果。

结果在图5显示,MHR模型校准的生存曲线缺乏足够的信息。这不足为奇,因为有人认为在此之前单独分析了遥远的信息建模的过程。附注,任何试图校准模型从5 8参数数据点可能会失败,这是另一个原因,包括额外的数据来源。然而,即使这个小信息,第一行图6揭示了区域感兴趣的一些参数,例如, 和 。有一点需要注意,由此产生的后验分布 和 是双向的。这是一个重要的发现是隐蔽的方法针对点估计值,如微分进化一个用于(27]。确实的 价值,直方图的峰值对应的参数范围中(12),而另一个峰对应于参数中发现的范围(27]。有趣的是,这两个政权也对应于图中描述的两个实例5。

基于上述理由,或许有人认为彗星试验的使用读数会治愈这些问题。然而,图4表明情况并非如此。否则,任何参数设置将产生一个适当的细胞存活曲线。讨论潜在的解释这个观察是至关重要的,因为得到的结论进一步治理的选择数据解决未决问题:量化的破坏,大约的尾巴相对强度评估。100个细胞/分析。这个量化不区分细胞有机会到达 ,细胞已经启动细胞凋亡和永远不会达到 ,和细胞因其他原因死亡的边缘。事实上,量化甚至可能已经死了但仍然有DNA包含细胞在显微镜可见的形象。然而,的能力 对生产至关重要的存活曲线模型。因此,一个可能的解释无法取得成功的模型校准单从彗星试验读出可能读出不携带足够的信息的能力 。此外,死细胞退化到目前为止,没有任何可量化的DNA将不会考虑彗星试验,和100个细胞的归一化直方图相对大多伪装他们的存在:死细胞的唯一途径来影响结果的比率 ,因为幸存细胞将导致 (从而增加 ),但是如果同样的细胞死亡,它不会导致任何 (从而增加 为 )。

参数的 , ,和 (图6)以及相关的高热(图的参数S2),得到了统一的后验分布。方法从而表明,需要更多的输入数据来确定这些参数。参数 和 与瞬时修复能力由于辐照事件。从图4可以看出,这种效应消失约。30分钟。辐照后。因此,在这段时间内进一步数据帧可以产生更好的估计这些参数。 可以确定通过运行一系列的单独分析在不同剂量率。在低剂量率辐照不会被视为一个事件,但有限的持续时间和修理可能会开始已经在辐照。这样dose-rate-dependency过去所示是复制MHR模型(12),修复的速度 可能成为可识别的。高热参数可以精炼与来自不同时间间隔的一项研究的数据。这些数据从单独测定publishedI [9),但不是来自彗星试验和不同的细胞系。所介绍,评估修复蛋白质激活速率常数 将临床使用的,因为它将允许一个更好的评估对可容忍的时间间隔(及其变异)辐照与高热。因为两个治疗的顺序(即。,hyperthermia prior to versus after irradiation) was shown to have minimal effect on cell survival [9),额外的输入数据在这方面可能不会提高标定的结果。调查更多的细胞系将显示哪些参数可能不同主题之间多少。

单独使用细胞生存和彗星试验测量被证明是可重复的(14,29日];因此,它是合理的期望从病人活检可重复的结果38]。这将允许一个平均校准,例如,在平均的基础上改善治疗计划。如前所述在前款规定的,这样一个努力从适当的来源需要数据来确定相关的参数,而不是更多的大量的数据。

如果不能校准模型尽管有这些努力,它可以简化,例如TBDE取代 与一个固定的窗口没有修复的辐照后,删除参数 和 。另外,可想而知分裂过程时的辐射,产生一个高热的过程,设置初始条件对随后的DNA损伤和修复过程。分裂模型以这种方式可以产生封闭解或近似对于某些状态变量,为一个更简单的校准铺平了道路的策略。

这项工作中给出的模型和策略有许多潜在的局限性。首先,模型不包含任何有丝分裂,产生毫无疑问 直到细胞固定和单独进行试验。然而,一个人可以争辩说,对于一个给定的细胞系,任何有丝分裂将发生在一个固定利率。虽然细胞的数量会增加,他们的比例将保持不变。因为单独细胞生存分析用于这项工作规范化,有丝分裂消掉了。然而,一些细胞可能死后几个细胞周期。这最后一个彗星试验之间的差距和单独使用时的时间点测定MHR模型中执行,而不是模仿。其次,该模型不包含任何直接细胞毒性的影响,即热为辅。这是缓解,这种直接细胞毒性没有观察到任何单独控制的实验与高热(29日]。第三,模型不正确描述抑制DNA修复蛋白高于温度阈值为42.5°C-43°C,因为这些蛋白质被认为进入一个不同的政权高于阈值(35]。虽然这是一个限制,它并不影响本文提供的工作以来,最高温度在活的有机体内在网上是42°C。

5。结论

这项工作表明,整体是必要的校准MHR模型参数的方法。依靠单独试验数据或彗星试验数据,因为它已经过去,被证明是不足以建立明确的模型参数。即使这种结合方法,一些参数仍然不明。然而,ABC方法加入现有的后验分布与分布的优势获得校准与新的输入数据。这种能力是至关重要的模型校准与ABC以来,尽管它的优点,非常缓慢。从ABC结合后验分布,然而,很快。这种方法后,可以结合不同的化验数据以模块化的方式,无需重新运行完整的校准。

虽然方法的应用是放疗,高热,和治疗计划,本文提供的方法解决一个更一般的问题;因此,存在许多其他实例,该方法的应用将是有价值的。

数据可用性

网上数据(https://github.engineering.zhaw.ch/weyl/synthetic_comet)以及执行所需的软件代码中所示的分析这项工作。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是由瑞士国家基金会(批准号320030 _163435)斯蒂芬Scheidegger,卡拉Rohrer Bley。这项工作是经济上的资助支持的玛丽·冯·Muralt-Stiftung毛皮Kleintiere。

补充材料

补充材料含有(A)的全部方程系统multi-hit-repair (MHR)模型和(B)与额外的补充数据参数的直方图。(补充材料)