System Engineering Approach to Planning Anticancer Therapies

این کتاب بر تجزیه و تحلیل پویایی سرطان و سنتز مبتنی بر ریاضی درمان ضد سرطان تمرکز دارد. این به طور خلاصه وضعیت فعلی هنر در این زمینه را نشان می دهد و تصورات غلط رایج در مورد مدل سازی ریاضی در سرطان را روشن می کند. علاوه بر این، با نشان دادن مزایای واضح این کار بدون بیان اهداف غیرواقعی، همکاری نزدیک‌تر بین مهندسان، پزشکان و ریاضیدانان را تشویق می‌کند. توسعه پروتکل های درمانی از نقطه نظر مهندسی، مانند جستجوی راه حلی برای یک مشکل کنترل-بهینه سازی خاص، محقق می شود. از آنجایی که در مورد بیماران سرطانی، اندازه گیری های متوالی ارائه کننده اطلاعات در مورد وضعیت فعلی بیماری در دسترس نیست، قوانین کنترل برای یک ساختار حلقه باز مشتق شده است. اشکال مختلفی از درمان در مدل‌ها گنجانده شده است، از شیمی‌درمانی و درمان ضد رگ‌زایی گرفته تا ایمونوتراپی و ژن‌درمانی، اما کلاس مدل‌های معرفی‌شده به اندازه‌ای گسترده است که سایر اشکال درمان را نیز در خود جای دهد.

این کتاب با تجزیه و تحلیل کنترل چرخه سلولی شروع می شود، به سمت اثرات کنترلی بر جمعیت سلولی و مدل های ساختاریافته و در نهایت مسیرهای سیگنال دهی درگیر در سرطان زایی و تأثیر آنها بر نتیجه درمان می رود. همچنین در مورد ادغام فرآیندهای درون سلولی با استفاده از مدل‌های مسیر سیگنالینگ بحث می‌کند، زیرا درمان موفقیت‌آمیز سرطان بر اساس تجزیه و تحلیل فرآیندهای درون سلولی ممکن است به زودی یک واقعیت باشد. این جنبه‌های مختلف مدل‌سازی درمان‌های ضد سرطان را گرد هم می‌آورد، که تاکنون در طیف گسترده‌ای از ادبیات توزیع شده‌اند. این کتاب مستقل که برای محققان و دانشجویان فارغ التحصیل علاقه مند به استفاده از ابزارهای ریاضی و مهندسی در بیوپزشکی با تأکید ویژه بر کاربردهای تشخیص و درمان سرطان نوشته شده است، تنها با حداقل دانش اولیه از روش های مهندسی سیستم و کنترل به راحتی قابل درک است. و همچنین زیست شناسی سرطان. ویژگی میان رشته ای آن و تجربه گسترده نویسندگان در همکاری با پزشکان و زیست شناسان، خواندن آن را برای محققان مهندسی سیستم و کنترل که به دنبال کاربردهای دانش خود هستند، جالب می کند. سیستم‌ها و زیست‌شناسان مولکولی و همچنین پزشکان الهام‌بخش جدیدی برای تحقیقات خود خواهند یافت.

This book focuses on the analysis of cancer dynamics and the mathematically based synthesis of anticancer therapy. It summarizes the current state-of-the-art in this field and clarifies common misconceptions about mathematical modeling in cancer. Additionally, it encourages closer cooperation between engineers, physicians and mathematicians by showing the clear benefits of this without stating unrealistic goals. Development of therapy protocols is realized from an engineering point of view, such as the search for a solution to a specific control-optimization problem. Since in the case of cancer patients, consecutive measurements providing information about the current state of the disease are not available, the control laws are derived for an open loop structure. Different forms of therapy are incorporated into the models, from chemotherapy and antiangiogenic therapy to immunotherapy and gene therapy, but the class of models introduced is broad enough to incorporate other forms of therapy as well.

The book begins with an analysis of cell cycle control, moving on to control effects on cell population and structured models and finally the signaling pathways involved in carcinogenesis and their influence on therapy outcome. It also discusses the incorporation of intracellular processes using signaling pathway models, since the successful treatment of cancer based on analysis of intracellular processes, might soon be a reality. It brings together various aspects of modeling anticancer therapies, which until now have been distributed over a wide range of literature. Written for researchers and graduate students interested in the use of mathematical and engineering tools in biomedicine with special emphasis on applications in cancer diagnosis and treatment, this self-contained book can be easily understood with only a minimal basic knowledge of control and system engineering methods as well as the biology of cancer. Its interdisciplinary character and the authors’ extensive experience in cooperating with clinicians and biologists make it interesting reading for researchers from control and system engineering looking for applications of their knowledge. Systems and molecular biologists as well as clinicians will also find new inspiration for their research.