A continuum mechanics model of enzyme-based tissue degradation in cancer therapies - Archive ouverte HAL Access content directly
Reports (Research Report) Year : 2017

A continuum mechanics model of enzyme-based tissue degradation in cancer therapies

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Abstract

We propose a mathematical model to describe enzyme-based tissue degradation in cancer therapies. The proposed model combines the poroelastic theory of mixtures with the transport of enzymes or drugs in the extracellular space. The effect of the matrix degrading enzymes on both the tissue’s composition and its mechanical response is included in the model. Numerical simulations in 1D, 2D and axisymmetric (3D) configurations show how an injection of matrix degrading enzymes alters the porosity of a biological tissue. We eventually exhibit the main consequences of a matrix degrading enzyme pretreatment in the framework of chemotherapy: the removal of the diffusive hindrance to the penetration of therapeutic molecules in tumors and the reduction of interstitial fluid pressure which improves transcapillary transport. Both effects are consistent with previous biological data.
On propose un modèle pour décrire la dégradation tissulaire par traitement enzymatique dans les thérapies contre le cancer. Le modèle proposé combine la théorie des mélanges en poroélasticité avec le transport des enzymes ou des médicaments dans l’espace extracellulaire. L’effet des enzymes qui dégradent la matrice extracellulaire sur à la fois la composition du tissu et sa réponse mécanique est inclu dans le modèle. Les simulations numériques dans des configurations 1D, 2D et en axisymétrie (3D) montrent comment une injection d’enzymes dégradant la matrice extracellulaire altère la porosité d’un tissu biologique. On met en évidence à terme les conséquences principales d’un traitement enzymatique dans les thérapies contre le cancer : l’élimination de l’obstacle à la pénétration par diffusion de molécules thérapeutiques dans les tumeurs et la réduction de la pression interstitielle, améliorant ainsi le transport transcapillaire. Ces deux effets sont en accord avec des données biologiques existantes.
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Dates and versions

hal-01469180 , version 1 (16-02-2017)
hal-01469180 , version 2 (09-06-2017)

Identifiers

  • HAL Id : hal-01469180 , version 2

Cite

Manon Deville, Roberto Natalini, Clair Poignard. A continuum mechanics model of enzyme-based tissue degradation in cancer therapies. [Research Report] RR-9030, Inria Bordeaux Sud-Ouest; IMB - Institut de Mathématiques de Bordeaux; Université de Bordeaux; IAC - Istituto per le Applicazioni del Calcolo "M. Picone", Consiglio Nazionale delle Ricerche. 2017. ⟨hal-01469180v2⟩
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