Еволюционни терапии: нова стратегия за лечение на рак чрез математическо моделиране

Ракът представлява значителни предизвикателства поради развитието на резистентност и потенциала за рецидив. Резистентността може да възникне от трайни генетични промени в раковите клетки или негенетични промени в поведението на раковите клетки, причинени от лечението. Стандартното лечение на рак обикновено включва използване на максимално поносимата доза лекарство за ефективно унищожаване на чувствителни към лекарства клетки. Този подход обаче често се проваля в дългосрочен план, тъй като резистентните към лекарства ракови клетки могат да растат по-бързо, когато всички чувствителни към лекарства клетки бъдат унищожени.

Еволюционен подход към лечението, наречен адаптивна терапия, персонализира дозите на лечение или прекъсванията му въз основа на индивидуалните отговори на пациента. Целта на адаптивната терапия е да се поддържа достатъчен брой чувствителни клетки, за да се контролира растежът на резистентни клетки. Последните проучвания и клинични изпитвания показват, че адаптивната терапия може да забави развитието на резистентност по-ефективно от стандартното лечение.

Определянето на дозата и прекъсванията на лечението за всеки пациент е предизвикателство, тъй като ракът е сложна, развиваща се система и всеки пациент е уникален. Математическите модели могат да помогнат при разработването на такива индивидуализирани стратегии за лечение. Всъщност са разработени няколко математически модела за изследване на въздействието на различните стратегии за лечение върху резултатите при пациентите. Съществуващите математически модели обаче често игнорират влиянието на придобитата резистентност и пластичността на раковите клетки. „Придобита резистентност“ обхваща различни видове резистентност, които възникват, често поради генетични промени. „Клетъчна пластичност“ се отнася до способността на раковите клетки да променят фенотипите си в отговор на промени в тяхната микросреда, като например колебания в дозата на лечението или прекъсване на лечението.

Изследователски екип, ръководен от д-р Ким Ънджунг от Центъра за изследвания на информатиката на природни продукти в Корейския институт за напреднали науки и технологии (KIST, директор О Санг-рок), разработи теоретична основа за стратегии за лечение на рак, които отчитат еволюцията на тумора. Те разработиха математически модел за прогнозиране на еволюцията на тумора, като отчитат придобиването на резистентност от раковите клетки и способността им да променят фенотипното поведение (пластичност) по време на лечението. Анализът на техния модел разкри условията за съществуването на ефективен дозов прозорец - диапазон от дози, които могат да поддържат обема на тумора в равновесна точка, където обемът на тумора остава непроменен и стабилен.

При някои тумори с пластичност, прекъсванията на лечението помагат на раковите клетки да станат отново чувствителни, като се обединяват с други чувствителни клетки, за да потиснат растежа на резистентни клетки. Изследователският екип предложи еволюционна дозова терапия, която включва лечение в цикли, състоящи се от прекъсвания на лечението, минимални ефективни дози и максимално поносими дози. Прекъсванията на лечението позволяват на пластичните ракови клетки да възвърнат чувствителността си, след което се прилага минималната ефективна доза за контрол на обема на тумора. След това се прилага максималната поносима доза за допълнително намаляване на размера на тумора. Този цикъл на дозиране ефективно контролира обема на тумора до управляемо ниво. Числените симулации на предложените стратегии, приложени към пациент с меланом, допълнително илюстрират тези открития. Резултатите показват, че еволюционното дозиране може да пренасочи динамиката на тумора, поддържайки размера на тумора под приемливо ниво.

Разработеният математически модел може да предскаже ефективния дозов диапазон на кандидатите за лечение на рак преди клинични изпитвания. Той може да помогне за определяне на противораковите ефекти на новите лечения и за идентифициране на ефективния дозов диапазон за всяко лекарство. Освен това, моделът улеснява разработването на персонализирани стратегии за лечение на рак, като се отчита еволюционната динамика на тумора при всеки пациент по време на лечението.

Цитат: „В настоящото проучване ние подчертахме ролята на фенотипната пластичност на раковите клетки за подобряване на управляемостта на туморното натоварване, използвайки циклични дози еволюционно лечение“, каза д-р Ким Юнджунг от Центъра за изследвания на информатиката на природни продукти в Корейския институт за наука и технологии.

Тя спомена и планове за използване на математическия модел за проектиране на проучвания върху животни и клинични изпитвания на потенциални противоракови лекарства, получени от природни продукти, с цел установяване на режими на дозиране, които ефективно контролират туморното натоварване.

Резултатите от изследването са публикувани в списание ScienceDirect.