Еволуциона терапија: нова стратегија лечења рака коришћењем математичког моделирања

Рак представља значајне изазове због развоја отпорности и вероватноће рецидива. Отпор се може јавити услед трајних генетских промена у ћелијама рака или негенетских промена у понашању ћелија рака изазваних лечењем. Стандардни третман рака обично укључује коришћење максималне толерантне дозе лека за ефикасно убијање ћелија осетљивих на лек. Међутим, овај приступ често не успева дугорочно јер ћелије рака отпорне на лекове могу да расту брже када се униште све ћелије осетљиве на лекове.

Еволуциони приступ лечењу који се зове адаптивна терапија персонализује дозу или паузе третмана на основу индивидуалних одговора пацијента. Циљ адаптивне терапије је одржавање довољног броја осетљивих ћелија за контролу раста резистентних ћелија. Недавне студије и клиничка испитивања су показала да адаптивна терапија може ефикасније да одложи развој резистенције од стандардног лечења.

Одређивање дозе и интервала лечења за сваког пацијента је изазовно јер је рак сложен систем који се развија и сваки пацијент је јединствен. Математички модели могу помоћи у развоју таквих индивидуализованих стратегија лечења. У ствари, развијено је неколико математичких модела за проучавање утицаја различитих стратегија лечења на исходе пацијената. Међутим, постојећи математички модели често занемарују утицај стечене резистенције и пластичности ћелија рака. „Стечена резистенција“ обухвата различите врсте резистенције које настају, често услед генетских промена. „Пластичност ћелија“ се односи на способност ћелија рака да промене своје фенотипове као одговор на промене у свом микроокружењу, као што су флуктуације у дози лечења или прекид лечења.

Истраживачки тим на челу са др Иуњунг Кимом из Истраживачког центра за информатику природних производа на Корејском институту за науку и технологију (КИСТ, директор Ох Сангрок) развио је теоријски оквир за стратегије лечења рака који узима у обзир еволуцију тумора. Они су развили математички модел за предвиђање еволуције тумора, узимајући у обзир стицање отпорности ћелија рака и њихову способност да промене фенотипско понашање (пластичност) током лечења. Анализа њиховог модела открила је услове за постојање ефективног прозора за дозирање, распона доза које могу да одрже запремину тумора на тачки равнотеже где запремина тумора остаје константна и стабилна.

За неке туморе са пластичношћу, прекиди у лечењу помажу ћелијама рака да поново реагују тако што се удружују са другим осетљивим ћелијама како би сузбили раст резистентних ћелија. Истраживачки тим је предложио еволуциону терапију дозирања, која укључује третман у циклусима који се састоје од пауза у лечењу, минималних ефективних доза и максималних толерисаних доза. Прекид лечења омогућава пластичним ћелијама рака да поврате осећај, након чега се примењује минимална ефективна доза за контролу запремине тумора. Затим се примењује максимална толерисана доза да би се додатно смањила величина тумора. Овај циклус дозирања ефикасно контролише запремину тумора на контролисаном нивоу. Нумеричке симулације предложених стратегија примењених на пацијента са меланомом даље илуструју ове налазе. Резултати показују да еволуционо дозирање може да преусмери динамику тумора, задржавајући величину тумора испод прихватљивог нивоа.

Развијени математички модел може предвидети опсег ефективне дозе кандидата за лечење рака пре клиничких испитивања. Може помоћи у одређивању антиканцерогених ефеката нових третмана и идентификовању ефективног опсега дозе за сваки лек. Поред тога, модел олакшава развој персонализованих стратегија лечења рака узимајући у обзир еволуциону динамику тумора сваког пацијента током лечења.

Цитат: „У тренутној студији, истакли смо улогу фенотипске пластичности ћелија рака у побољшању контроле оптерећења тумором кроз цикличне дозе еволуционих третмана“, рекао је др Ким Јангјунг из Истраживачког центра за информатику природних производа у Корејски институт за науку и технологију.

Она је такође поменула планове за коришћење математичког модела за дизајнирање експерименталних студија на животињама и клиничких испитивања потенцијалних лекова против рака добијених из природних производа, са циљем успостављања режима дозирања који ефикасно контролише оптерећење тумором.

Резултати студије су објављени у СциенцеДирецт.