Evolūcijas terapija: jauna stratēģija vēža ārstēšanai, izmantojot matemātisko modelēšanu

Vēzis rada ievērojamas problēmas rezistences attīstības un recidīva potenciāla dēļ. Rezistence var rasties no pastāvīgām ģenētiskām izmaiņām vēža šūnās vai neģenētiskām izmaiņām vēža šūnu uzvedībā, ko izraisa ārstēšana. Standarta vēža ārstēšana parasti ietver maksimālās panesamās zāļu devas izmantošanu, lai efektīvi iznīcinātu pret zālēm jutīgās šūnas. Tomēr šī pieeja ilgtermiņā bieži vien neizdodas, jo pret zālēm rezistentas vēža šūnas var augt ātrāk, ja visas pret zālēm jutīgās šūnas tiek iznīcinātas.

Evolucionāra pieeja ārstēšanai, ko sauc par adaptīvo terapiju, personalizē ārstēšanas devas vai pārtraukumus, pamatojoties uz individuālām pacienta reakcijām. Adaptīvās terapijas mērķis ir uzturēt pietiekamu jutīgo šūnu skaitu, lai kontrolētu rezistentu šūnu augšanu. Jaunākie pētījumi un klīniskie izmēģinājumi ir parādījuši, ka adaptīvā terapija var efektīvāk aizkavēt rezistences attīstību nekā standarta ārstēšana.

Katram pacientam devas un ārstēšanas pārtraukumu noteikšana ir sarežģīta, jo vēzis ir sarežģīta, mainīga sistēma, un katrs pacients ir unikāls. Matemātiskie modeļi var palīdzēt izstrādāt šādas individualizētas ārstēšanas stratēģijas. Patiešām, ir izstrādāti vairāki matemātiskie modeļi, lai pētītu dažādu ārstēšanas stratēģiju ietekmi uz pacientu iznākumu. Tomēr esošie matemātiskie modeļi bieži vien ignorē iegūtās rezistences un vēža šūnu plastiskuma ietekmi. "Iegūtā rezistence" aptver dažādus rezistences veidus, kas rodas, bieži vien ģenētisku izmaiņu dēļ. "Šūnu plastiskums" attiecas uz vēža šūnu spēju mainīt savu fenotipu, reaģējot uz izmaiņām to mikrovidē, piemēram, ārstēšanas devas svārstībām vai ārstēšanas pārtraukšanu.

Pētnieku komanda, kuru vadīja Dr. Kims Eundžuns no Korejas Progresīvā zinātnes un tehnoloģiju institūta (KIST, direktors Oh Sang-rok), izstrādāja teorētisku pamatu vēža ārstēšanas stratēģijām, kas ņem vērā audzēja evolūciju. Viņi izstrādāja matemātisku modeli audzēja evolūcijas prognozēšanai, ņemot vērā vēža šūnu rezistences iegūšanu un to spēju mainīt fenotipisko uzvedību (plasticitāti) ārstēšanas laikā. Viņu modeļa analīze atklāja efektīva dozēšanas loga esamības nosacījumus – devu diapazonu, kas var uzturēt audzēja tilpumu līdzsvara punktā, kur audzēja tilpums paliek nemainīgs un stabils.

Dažiem audzējiem ar plastiskumu ārstēšanas pārtraukšana palīdz vēža šūnām atkal kļūt jutīgām, apvienojoties ar citām jutīgām šūnām, lai nomāktu rezistentu šūnu augšanu. Pētnieku komanda ierosināja evolucionāru dozēšanas terapiju, kas ietver ārstēšanu ciklos, kas sastāv no ārstēšanas pārtraukumiem, minimālām efektīvām devām un maksimālām panesamām devām. Ārstēšanas pārtraukšana ļauj plastiskām vēža šūnām atgūt jutību, pēc tam tiek piemērota minimālā efektīvā deva, lai kontrolētu audzēja apjomu. Pēc tam tiek ievadīta maksimālā panesamā deva, lai vēl vairāk samazinātu audzēja izmēru. Šis dozēšanas cikls efektīvi kontrolē audzēja apjomu līdz pārvaldāmam līmenim. Skaitliskās simulācijas, kas veiktas ar ierosinātajām stratēģijām, piemērojot tās pacientam ar melanomu, vēl vairāk ilustrē šos atklājumus. Rezultāti liecina, ka evolucionāra dozēšana var novirzīt audzēja dinamiku, saglabājot audzēja izmēru zem pieņemama līmeņa.

Izstrādātais matemātiskais modelis var paredzēt vēža ārstēšanas kandidātu efektīvo devu diapazonu pirms klīniskajiem pētījumiem. Tas var palīdzēt noteikt jaunu ārstēšanas metožu pretvēža iedarbību un identificēt katra medikamenta efektīvo devu diapazonu. Turklāt modelis atvieglo personalizētu vēža ārstēšanas stratēģiju izstrādi, ņemot vērā katra pacienta audzēja evolūcijas dinamiku ārstēšanas laikā.

Citāts: "Pašreizējā pētījumā mēs uzsvērām vēža šūnu fenotipiskās plastiskuma lomu audzēja slodzes vadāmības uzlabošanā, izmantojot cikliskas evolucionāras ārstēšanas devas," sacīja Dr. Kims Jundžungs no Korejas Zinātnes un tehnoloģiju institūta Dabas produktu informātikas pētījumu centra.

Viņa arī minēja plānus izmantot matemātisko modeli, lai izstrādātu pētījumus ar dzīvniekiem un klīniskos pētījumus par potenciāliem pretvēža līdzekļiem, kas iegūti no dabīgiem produktiem, ar mērķi izveidot dozēšanas režīmus, kas efektīvi kontrolē audzēja slodzi.

Pētījuma rezultāti tika publicēti žurnālā ScienceDirect.