Эволюционная терапия: новая стратегия лечения рака с использованием математического моделирования

Рак представляет собой значительные вызовы из-за развития резистентности и вероятности рецидива. Резистентность может возникать из-за постоянных генетических изменений в раковых клетках или негенетических изменений в поведении раковых клеток, вызванных лечением. Стандарт лечения рака обычно включает применение максимальной переносимой дозы препарата для эффективного уничтожения чувствительных к препарату клеток. Однако этот подход часто терпит неудачу в долгосрочной перспективе, так как устойчивые к лекарствам раковые клетки могут быстрее расти, когда все чувствительные к препарату клетки уничтожены.

Эволюционный подход к лечению, называемый адаптивной терапией, персонализирует дозу лечения или перерывы на основе индивидуальных ответов пациента. Цель адаптивной терапии — поддерживать достаточное количество чувствительных клеток для контроля роста резистентных клеток. Недавние исследования и клинические испытания показали, что адаптивная терапия может задерживать развитие резистентности более эффективно по сравнению со стандартным лечением.

Определение дозы и перерывов в лечении для каждого пациента является сложной задачей, так как рак представляет собой сложную эволюционирующую систему, и каждый пациент уникален. Математические модели могут помочь в разработке таких индивидуальных стратегий лечения. В действительности, несколько математических моделей были разработаны для изучения влияния различных стратегий лечения на результаты пациентов. Однако существующие математические модели часто игнорируют влияние приобретенной резистентности и пластичности раковых клеток. 'Приобретенная резистентность' охватывает различные типы резистентности, которые появляются, часто из-за генетических изменений. 'Пластичность клеток' относится к способности раковых клеток изменять свои фенотипы в ответ на изменения в их микроокружении, такие как колебания дозировки лечения или прекращение лечения.

Исследовательская группа под руководством доктора Ким Юнжунг из Центра исследований информатики природных продуктов Корейского института науки и технологий (KIST, директор О Санрок) разработала теоретическую основу для стратегий лечения рака с учетом эволюции опухоли. Они разработали математическую модель для предсказания эволюции опухоли, учитывая приобретение резистентности раковыми клетками и их способность изменять фенотипическое поведение (пластичность) во время лечения. Анализ их модели выявил условия существования эффективного окна дозировки, диапазона доз, которые могут поддерживать объем опухоли на равновесной точке, где объем опухоли остается неизменным и стабильным.

Для некоторых опухолей с пластичностью перерывы в лечении помогают раковым клеткам вновь становиться чувствительными, объединяясь с другими чувствительными клетками для подавления роста резистентных клеток. Исследовательская группа предложила эволюционную терапию дозированием, которая включает лечение циклами, состоящими из перерывов в лечении, минимальных эффективных доз и максимальных переносимых доз. Прерывание лечения позволяет пластичным раковым клеткам восстанавливать чувствительность, после чего применяется минимальная эффективная доза для контроля объема опухоли. Затем вводится максимальная переносимая доза для дальнейшего уменьшения размера опухоли. Этот цикл дозирования эффективно контролирует объем опухоли на управляемом уровне. Численные симуляции предложенных стратегий, примененных к пациенту с меланомой, дополнительно иллюстрируют эти выводы. Результаты показывают, что эволюционное дозирование может перенаправить динамику опухоли, поддерживая размер опухоли ниже допустимого уровня.

Разработанная математическая модель может предсказать эффективный диапазон дозировок кандидатов на лечение рака до клинических испытаний. Она может помочь определить противораковые эффекты новых методов лечения и выявить эффективный диапазон дозировок для каждого препарата. Кроме того, модель способствует разработке персонализированных стратегий лечения рака, учитывая эволюционную динамику опухоли у каждого пациента во время лечения.

Цитата: "В текущем исследовании мы подчеркнули роль фенотипической пластичности раковых клеток в улучшении управляемости опухолевой нагрузки с помощью циклических доз эволюционного лечения," сказала доктор Ким Юнжунг из Центра исследований информатики природных продуктов Корейского института науки и технологий.

Она также упомянула планы использовать математическую модель для разработки экспериментальных исследований на животных и клинических испытаний потенциальных противораковых препаратов, полученных из природных продуктов, с целью установления режимов дозирования, которые эффективно контролируют опухолевую нагрузку.

Результаты исследования опубликованы в журнале ScienceDirect.