Loading...

An Algorithm for Analyzing the Spatial Distribution of the Evolutionary Development Processes

Moradi, Davoud | 2020

1044 Viewed
  1. Type of Document: M.Sc. Thesis
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 53098 (02)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Mathematical Sciences
  6. Advisor(s): Foroughmand-Araabi, Mohammad Hadi
  7. Abstract:
  8. Evolutionary processes are the process of change in one or more physical and heritable characteristics that result from the occurrence of genetic changes (beneficial, harmful, or neutral) over time, and ultimately from generation to generation, depending on natural selection. Cancer is a genetic disease that occurs as a result of an evolutionary process by the somatic cells and examining the spatial characteristics of cancer can help understanding it. It is also important to examine the spatial configuration of cells considering their access to limiting factors such as nutrients and adequate space. In addition, paying attention to the gene expression, individually and collectively, will help to better understand cancer. Also due to the effect of genetic diversity in a cancerous tissue in its respond to treatment; the study of the spatial configuration can be considered more important. Due to its diversified regions, prostate cancer is a unique case study for spatial distribution analysis. In this dissertation, with the help of the wide gene expression data, we examine the forms of evolutionary processes, and try to categorize them and see what patterns they make. In this dissertation, we examined the spatial data of prostate cancer, and by examining the gene expression of several samples through tumor, we identified genes that are significantly more common in cancerous/normal areas and examined the distribution of these genes, showing that the majority of genes in cancerous areas have a distribution pattern similar to fractal (such as Koch snowflake) or quasi-fractal (like the Mandelbrot set) shapes. In this study, we took a step towards producing a statistical test that could be used to identify the distribution of genes as specific patterns
  9. Keywords:
  10. Cancer ; Prostate Cancer ; Spatial Distribution ; Evolutionary Process ; Fractals

 Digital Object List

 Bookmark

  • چکیده
  • فهرست مطالب
  • فهرست جدول‌ها
  • مقدمه
    • ساختار رساله
  • سرطان
    • پیدایش سرطان
      • جهش
    • رشد سرطان
    • ناهمگونی در سرطان
    • انواع سرطان
    • روش‌های درمانی سرطان
      • جراحی
      • پرتودرمانی
      • شیمی درمانی
      • ایمنی درمانی
      • درمان شخصی سازی شده
    • سرطان به عنوان یک بیماری کلونال
    • تکامل سرطان
    • تنوع در سرطان و علل تکامل سرطان
    • سرطان پروستات
    • سرطان و فرآیند تکاملی
      • فرآیند تکاملی
      • سرطان به عنوان یک فرآیند تکاملی
      • تحول سرطان
    • ریز محیط و اثرات آن بر سرطان
    • پراکندگی سرطان
    • علل اهمیت ریزمحیط، تنوع، پراکندگی و رشد مکانی سرطان
  • پیشینه پژوهش
    • بررسی به صورت آماری و زیستی
      • بررسی ناهمگونی داخل تومور در سرطان پروستات
      • بررسی ناهمگونی داخل تومور در سرطان پروستات به صورت فضایی به صورت دو بعدی
      • بررسی ناهمگونی داخل تومور در سرطان پروستات به صورت فضایی به صورت سه بعدی با استفاده از فناوری رونوشت مکانی
      • بررسی ناهمگونی داخل تومور در سرطان به صورت فضایی با توجه به دسترسی به مواد مغذی
      • بررسی جهش‌ها به صورت فضایی و آماری
      • تجزیه و تحلیل اطلاعات با کمک تعداد خوانش بالا
    • بررسی به کمک مدل‌های ریاضی
      • مدل‌های معادلات دیفرانسیلی
      • مدل‌های تصادفی
      • مدل‌های ترکیبی
      • بررسی سرطان به عنوان یک پدیده ‌فرکتالی
    • بررسی شباهت شکل‌های هندسی
      • مشخص کردن شباهت اشکال دوبعدی و کاربرد آن در علوم زیستی
      • مقایسه توزیع شکل با استفاده از فاصله کرنل
      • اندازه گیری شباهت در بین اشکال مختلف بر اساس تطابق هندسی
  • پژوهش و نتایج
    • روش استخراج اطلاعات زیستی (بیان ژن)
      • جمع آوری و تهیه بافت سرطان پروستات
      • شمارش ژن‌ها
      • روش رونوشت مکانی
        • تولید و استفاده از آرایه‌های بارکد شده به صورت مکانی
        • تراز توالی و تولید پایگاه داده بیان ژن
        • مقایسه کتابخانه‌ها و ویژگی‌ها
        • مقایسه به دست آوردن داده‌های بیان ژن توسط روش رونوشت مکانی در مقایسه با پایگاه داده‌ی ISH (هیبریداسیون درجا)
    • بررسی بیان ژن در سرطان پروستات
    • گردآوری تصاویر بیان ژن به صورت مکانی و انتخاب نمونه‌های مورد نظر
    • آنالیز مقدار بیان ژن‌ها با توجه به بیان ژن فضایی در ناحیه سرطانی و در نواحی نرمال به صورت دودویی و میزان فراوانی
      • روش و مراحل آنالیز مقدار بیان ژن‌ها به صورت دودویی و میزان فراوانی
      • نتایج آنالیز
        • به دست آوردن ژن‌هایی که در بیان ژن اختلاف قابل توجهی بین ناحیه سرطانی و نرمال دارند (ژن‌های مهم)
      • آزمون ویلکاکسون رتبه علامت دار
        • الگوریتم اجرای آزمون ویلکاکسون رتبه علامت دار
        • تفسیر نتایج آزمون ویلکاکسون رتبه علامت دار
    • آنالیز پراکندگی ژن‌ها با توجه به بیان ژن فضایی در ناحیه سرطانی و در کل نمونه با توجه به فواصل بین ژن‌ها در بیان ژن
      • روش و مراحل آنالیز
        • رسم تصاویر مرجع
        • مجموعه مندلبرو
        • فرکتال برف دانه کخ
        • آنالیز تصاویر ژن‌ها
      • نتایج آنالیز پراکندگی
        • نتایج آنالیز تصاویر مرجع
        • نتایج آنالیز تصاویر ژن‌ها و مقایسه با تصاویر مرجع به صورت کلی
        • مقایسه تصاویر مرجع با یکدیگر به کمک آزمون آماری ویلکاکسون
        • مقایسه تصاویر مرجع با یکدیگر به کمک آزمون آماری کولوموگروف اسمرینوف (K-S)
          • آزمون آماری کولوموگروف اسمرینوف (K-S) - دو نمونه‌ای
          • مقایسه تصاویر مرجع با یکدیگر
        • نتایج آنالیز تصاویر ژن‌ها و مقایسه با تصاویر مرجع به صورت جزئی
        • الگویابی پراکندگی ژن‌ها به صورت کلی
        • الگویابی پراکندگی ژن‌ها به صورت جزئی
  • بحث و نتیجه‌گیری
    • تعیین بخش سرطانی
    • الگویابی ژن‌ها
    • کارهای آینده
      • افزایش تعداد ژن‌های بررسی شده برای الگویابی پراکندگی ژن‌ها
      • افزایش تعداد الگوهای بررسی شده برای الگویابی پراکندگی ژن‌ها
      • افزایش تعداد نمونه‌ها برای بررسی
      • بررسی بیشتر داده‌های تولید شده توسط روش رونوشت مکانی
      • بررسی پراکندگی گسترش سرطان و بیان ژن به صورت سه بعدی
      • بررسی مدل‌های گوناگون شبیه سازی رشد سرطان با نمونه‌های طبیعی
      • بررسی ابعاد مکانی اکوسیستم تومور با کمک ابزارهای آماری آماده برای دیگر پدیده‌های طبیعی
      • بهبود با استفاده از ترکیب موارد بالا
  • مراجع
...see more