Еволюционна терапия: нова стратегия за лечение на рак, използваща математическо моделиране

Ракът представлява значителни предизвикателства поради развитието на резистентност и вероятността от рецидив. Резистентността може да възникне поради постоянни генетични промени в раковите клетки или негенетични промени в поведението на раковите клетки, причинени от лечението. Стандартното лечение на рак обикновено включва използване на максималната поносима доза от лекарството за ефективно убиване на чувствителни към лекарството 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.

Еволюционният подход на лечение, наречен адаптивна терапия, персонализира дозировката или прекъсванията на лечението въз основа на индивидуалните реакции на пациента. Целта на адаптивната терапия е да поддържа достатъчен брой чувствителни клетки, за да контролира растежа на резистентни клетки. Скорошни проучвания и клинични изпитвания показват, че адаптивната терапия може да забави развитието на резистентност по-ефективно от стандартното лечение.

Определянето на дозата и интервалите на лечение за всеки пациент е предизвикателство, тъй като ракът е сложна, развиваща се система и всеки пациент е уникален. Математическите модели могат да помогнат за разработването на такива индивидуализирани стратегии за лечение. Всъщност са разработени няколко математически модела за изследване на въздействието на различни стратегии за лечение върху резултатите на пациентите. Съществуващите математически модели обаче често пренебрегват влиянието на придобитата резистентност и пластичност на раковите клетки. „Придобитата резистентност“ обхваща различни видове резистентност, които възникват, често поради генетични промени. „Клетъчната пластичност“ се отнася до способността на раковите клетки да променят своите фенотипове в отговор на промени в тяхната микросреда, като например колебания в дозировката на лечението или преустановяване на лечението.

Изследователски екип, ръководен от д-р Yunjung Kim от Изследователския център за информатика на природните продукти към Корейския институт за наука и технологии (KIST, директор Oh Sangrok), разработи теоретична рамка за стратегии за лечение на рак, която взема предвид еволюцията на тумора. Те разработиха математически модел за прогнозиране на еволюцията на тумора, като взеха предвид придобиването на резистентност от раковите клетки и способността им да променят фенотипното поведение (пластичност) по време на лечението. Анализът на техния модел разкрива условията за съществуването на ефективен прозорец на дозиране, набор от дози, които могат да поддържат обема на тумора в равновесна точка, където обемът на тумора остава постоянен и стабилен.

За някои тумори с пластичност прекъсванията в лечението помагат на раковите клетки да реагират отново, като се обединяват с други чувствителни клетки, за да потиснат растежа на резистентни клетки. Изследователският екип предложи еволюционна дозираща терапия, която включва лечение в цикли, състоящи се от прекъсвания на лечението, минимални ефективни дози и максимално поносими дози. Прекъсването на лечението позволява на пластмасовите ракови клетки да възвърнат усещането, 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 на 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 приемливите нива.

Разработеният математически модел може да предскаже ефективния диапазон на дозиране на кандидати за лечение на рак преди клиничните изпитвания. Той може да помогне за определяне на противораковите ефекти на новите лечения и да идентифицира ефективния диапазон на дозиране за всяко лекарство. В допълнение, моделът улеснява разработването на персонализирани стратегии за лечение на рак, като взема предвид еволюционната динамика на тумора на всеки пациент по време на лечението.

Цитат: „В настоящото проучване подчертахме ролята на фенотипната пластичност на раковите клетки за подобряване на контролируемостта на туморното бреме чрез циклични дози от еволюционни лечения“, каза д-р Ким Йънджунг от Центъра за изследване на информатиката на природните продукти в Корейски институт за наука и технологии.

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

Резултатите от проучването са публикувани в ScienceDirect.