Terapie evolutivă: o nouă strategie de tratament a cancerului folosind modelarea matematică

Cancerul prezintă provocări semnificative din cauza dezvoltării rezistenței și a probabilității de recidivă. Rezistența poate apărea din cauza modificărilor genetice permanente ale celulelor canceroase sau modificărilor negenetice ale comportamentului celulelor canceroase cauzate de tratament. Tratamentul standard al cancerului implică, de obicei, utilizarea dozei maxime tolerate de medicament pentru a ucide în mod eficient celulele sensibile la medicamente. Cu toate acestea, această abordare eșuează adesea pe termen lung, deoarece celulele canceroase rezistente la medicamente pot crește mai repede atunci când toate celulele sensibile la medicamente sunt distruse.

O abordare evolutivă a tratamentului numită terapie adaptivă personalizează doza sau pauzele de tratament în funcție de răspunsurile individuale ale pacientului. Scopul terapiei adaptive este de a menține un număr suficient de celule sensibile pentru a controla creșterea celulelor rezistente. Studii și studii clinice recente au arătat că terapia adaptivă poate întârzia dezvoltarea rezistenței mai eficient decât tratamentul standard.

Determinarea dozelor și a intervalelor de tratament pentru fiecare pacient este o provocare, deoarece cancerul este un sistem complex, în evoluție și fiecare pacient este unic. Modelele matematice pot ajuta la dezvoltarea unor astfel de strategii individualizate de tratament. De fapt, au fost dezvoltate mai multe modele matematice pentru a studia impactul diferitelor strategii de tratament asupra rezultatelor pacientului. Cu toate acestea, modelele matematice existente ignoră adesea influența rezistenței dobândite și a plasticității celulelor canceroase. „Rezistența dobândită” acoperă diferite tipuri de rezistență care apar, adesea din cauza modificărilor genetice. „Plasticitatea celulară” se referă la capacitatea celulelor canceroase de a-și modifica fenotipurile ca răspuns la modificările micromediului lor, cum ar fi fluctuațiile dozei de tratament sau întreruperea tratamentului.

O echipă de cercetare condusă de Dr. Yunjung Kim de la Centrul de Cercetare în Informatică a Produselor Naturale de la Institutul Coreean de Știință și Tehnologie (KIST, directorul Oh Sangrok) a dezvoltat un cadru teoretic pentru strategiile de tratament al cancerului care ia în considerare evoluția tumorii. Ei au dezvoltat un model matematic pentru a prezice evoluția tumorii, luând în considerare dobândirea rezistenței de către celulele canceroase și capacitatea lor de a modifica comportamentul fenotipic (plasticitatea) în timpul tratamentului. Analiza modelului lor a relevat condițiile pentru existența unei ferestre de dozare eficace, o gamă de doze care poate menține volumul tumorii la un punct de echilibru în care volumul tumorii rămâne constant și stabil.

Pentru unele tumori cu plasticitate, întreruperile tratamentului ajută celulele canceroase să devină din nou receptive, făcând echipă cu alte celule sensibile pentru a suprima creșterea celulelor rezistente. Echipa de cercetare a propus terapia de dozare evolutivă, care presupune tratamentul în cicluri constând în pauze de tratament, doze minime eficiente și doze maxime tolerate. Întreruperea tratamentului permite celulelor canceroase plastice să-și recapete senzația, după care se aplică doza minimă efectivă pentru a controla volumul tumorii. Doza maximă tolerată este apoi administrată pentru a reduce și mai mult dimensiunea tumorii. Acest ciclu de dozare controlează eficient volumul tumorii la un nivel gestionabil. Simulările numerice ale strategiilor propuse aplicate unui pacient cu melanom ilustrează în continuare aceste constatări. Rezultatele arată că dozarea evolutivă poate redirecționa dinamica tumorii, menținând dimensiunea tumorii sub niveluri acceptabile.

Modelul matematic dezvoltat poate prezice dozajul efectiv al candidaților la tratamentul cancerului înainte de studiile clinice. Poate ajuta la determinarea efectelor anticancer ale noilor tratamente și la identificarea intervalului efectiv de dozare pentru fiecare medicament. În plus, modelul facilitează dezvoltarea strategiilor personalizate de tratament a cancerului, luând în considerare dinamica evolutivă a tumorii fiecărui pacient în timpul tratamentului.

Citat: „În studiul actual, am evidențiat rolul plasticității fenotipice a celulelor canceroase în îmbunătățirea controlabilității sarcinii tumorale prin doze ciclice de tratamente evolutive”, a spus dr. Kim Youngjung de la Centrul de Cercetare în Informatică a Produselor Naturale de la Institutul Coreean de Știință și Tehnologie.

Ea a menționat, de asemenea, planuri de utilizare a modelului matematic pentru a proiecta studii experimentale pe animale și studii clinice cu potențiale medicamente anticancer derivate din produse naturale, cu scopul de a stabili regimuri de dozare care să controleze eficient sarcina tumorală.

Rezultatele studiului au fost publicate în ScienceDirect.