Еволюційна терапія: нова стратегія лікування раку з використанням математичного моделювання

Рак створює значні труднощі через розвиток резистентності та потенційний рецидив. Резистентність може виникати внаслідок постійних генетичних змін у ракових клітинах або негенетичних змін у поведінці ракових клітин, спричинених лікуванням. Стандартне лікування раку зазвичай передбачає використання максимально переносимої дози препарату для ефективного знищення чутливих до ліків клітин. Однак цей підхід часто не дає результатів у довгостроковій перспективі, оскільки стійкі до ліків ракові клітини можуть рости швидше, коли всі чутливі до ліків клітини знищені.

Еволюційний підхід до лікування, який називається адаптивною терапією, персоналізує дози лікування або перерви на основі індивідуальних реакцій пацієнта. Метою адаптивної терапії є підтримка достатньої кількості чутливих клітин для контролю росту резистентних клітин. Недавні дослідження та клінічні випробування показали, що адаптивна терапія може ефективніше затримувати розвиток резистентності, ніж стандартне лікування.

Визначення дози та перерв у лікуванні для кожного пацієнта є складним завданням, оскільки рак – це складна система, що розвивається, і кожен пацієнт унікальний. Математичні моделі можуть допомогти в розробці таких індивідуалізованих стратегій лікування. Дійсно, було розроблено кілька математичних моделей для вивчення впливу різних стратегій лікування на результати лікування пацієнтів. Однак існуючі математичні моделі часто ігнорують вплив набутої резистентності та пластичності ракових клітин. «Набута резистентність» охоплює різні типи резистентності, що виникають, часто через генетичні зміни. «Клітинна пластичність» стосується здатності ракових клітин змінювати свої фенотипи у відповідь на зміни в їхньому мікрооточенні, такі як коливання дози лікування або припинення лікування.

Дослідницька група під керівництвом доктора Кім Инджунга з Центру досліджень інформатики природних продуктів Корейського передового інституту науки і технологій (KIST, директор О Санг-рок) розробила теоретичну основу для стратегій лікування раку, що враховують еволюцію пухлини. Вони розробили математичну модель для прогнозування еволюції пухлини, враховуючи набуття резистентності раковими клітинами та їхню здатність змінювати фенотипічну поведінку (пластичність) під час лікування. Аналіз їхньої моделі виявив умови для існування ефективного вікна дозування – діапазону доз, які можуть підтримувати об'єм пухлини в рівноважній точці, де об'єм пухлини залишається незмінним і стабільним.

Для деяких пухлин з пластичністю перерви в лікуванні допомагають раковим клітинам знову стати чутливими, об'єднуючись з іншими чутливими клітинами для пригнічення росту резистентних клітин. Дослідницька група запропонувала еволюційну дозувальну терапію, яка включає лікування циклами, що складаються з перерв у лікуванні, мінімальних ефективних доз та максимально переносимих доз. Перерви в лікуванні дозволяють пластичним раковим клітинам відновити чутливість, після чого застосовується мінімальна ефективна доза для контролю об'єму пухлини. Потім вводиться максимально переносима доза для подальшого зменшення розміру пухлини. Цей цикл дозування ефективно контролює об'єм пухлини до керованого рівня. Числове моделювання запропонованих стратегій, застосованих до пацієнта з меланомою, додатково ілюструє ці висновки. Результати показують, що еволюційне дозування може перенаправити динаміку пухлини, підтримуючи розмір пухлини нижче прийнятного рівня.

Розроблена математична модель може передбачити ефективний діапазон дозування кандидатів на лікування раку перед клінічними випробуваннями. Вона може допомогти визначити протиракові ефекти нових методів лікування та визначити ефективний діапазон дозування для кожного препарату. Крім того, модель сприяє розробці персоналізованих стратегій лікування раку, враховуючи еволюційну динаміку пухлини у кожного пацієнта під час лікування.

Цитата: «У цьому дослідженні ми підкреслили роль фенотипової пластичності ракових клітин у покращенні керованості пухлинного навантаження за допомогою циклічних доз еволюційного лікування», – сказав доктор Кім Юнджун з Центру досліджень інформатики природних продуктів Корейського інституту науки і технологій.

Вона також згадала про плани використання математичної моделі для розробки досліджень на тваринах та клінічних випробувань потенційних протипухлинних препаратів, отриманих з натуральних продуктів, з метою встановлення режимів дозування, які ефективно контролюють пухлинне навантаження.

Результати дослідження були опубліковані в журналі ScienceDirect.