Computational systems and methods are being applied to solve biological problems for many years. Incorporating methods of this kind in the research for cancer treatment and related drug discovery in particular, is shown to be challenging due to the complexity and the dynamic nature of the related factors. Usually, there are two objectives in such settings; first to calibrate the simulators so as to reproduce real-world cases, and second, to search for specific values of the parameter space concerning effective drug treatments. We combine a multi-scale simulator for tumor cell growth and a Genetic Algorithm (GA) as a heuristic search method for finding good parameter configurations in reasonable time. The two modules are integrated into a single workflow that can be executed in a parallel manner on high performance computing infrastructures, since large-scale computational and storage capabilities are necessary in this domain. After using the GA for calibration, our goal is to explore different drug delivery schemes. Among these schemes, we aim to find those that minimize tumor cell size and the probability of emergence of drug resistant cells in the future. Results from experiments on high performance computing infrastructure illustrate the effectiveness and timeliness of the approach.


翻译:多年来,正在应用计算系统和方法来解决生物问题。将这类方法纳入癌症治疗研究,特别是相关的药物发现研究,由于相关因素的复杂性和动态性质,这些方法证明具有挑战性。通常,在这样的环境中有两个目标:首先,校准模拟器以便复制真实世界案例;其次,寻找有效药物治疗参数空间的具体值;我们将肿瘤细胞生长的多尺度模拟器和遗传阿尔高西姆(GA)结合起来,作为一种在合理时间内寻找良好参数配置的超常搜索方法。这两个模块被纳入一个单一工作流程,可以同时在高性能计算基础设施上执行,因为在这一领域需要大规模计算和储存能力。在利用GA校准后,我们的目标是探索不同的药物提供计划。在这些计划中,我们的目标是找到那些能够尽量减少肿瘤细胞大小和今后出现抗药性细胞的可能性的方案。关于高性计算基础设施的实验结果说明了这种方法的有效性和及时性。

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