在无干扰的肿瘤生长过程中，分形维数、异质成核、动态转化以及协同机制之间的紧密关联与作用

《Scientific Reports》：Close relationship and role of fractal dimension, heterogeneous nucleation, dynamic transformations and cooperativity mechanisms in unperturbed tumor growth

　　

摘要

癌症是全球第二大死亡原因，至今仍令研究人员和医生们困惑不已。本研究旨在提出一种新方法，以便对未受干扰的肿瘤生长过程中的分形维数、异质成核、动态转变以及协同机制进行理论上的综合分析。我们采用了改进后的Kolmogorov–Johnson–Mehl–Avrami模型、Montijano–Bergues–Bory–Gompertz模型以及Richards模型，并证明了这些模型中的参数之间存在关联。为此，我们对后两种模型进行了标准化处理。通过局部Avrami指数和易感性来感知局部变化，并估算整个未受干扰的肿瘤生长过程中的状态转变。研究结果表明，这三种模型之间存在对应关系，其参数都具有分形特征。整个肿瘤生长过程表现为轮廓分形维数的不连续性以及低激活能的相态动态转变。易感性序参量的行为表明，在该生长过程的无血管阶段和有血管阶段分别存在协同性异质成核与竞争性动态机制。总之，模拟结果显示，整个未受干扰的肿瘤生长过程是一种分步式的动态过程，具有多尺度特性且本质上是分形的，同时还存在多种协同性相变。这一过程受异质成核、竞争性动态机制以及碰撞机制的调控。由于这些特征具有机械性质，因此可以将其视为癌症的另一个潜在标志，因为此前已有研究认为未受干扰的癌症中存在机械力及机械性质的异常。