Terapii evolutive: o nouă strategie pentru tratamentul cancerului prin modelare matematică

Cancerul prezintă provocări semnificative din cauza dezvoltării rezistenței și a potențialului de recidivă. Rezistența poate apărea din cauza modificărilor genetice permanente ale celulelor canceroase sau a modificărilor non-genetice ale comportamentului celulelor canceroase cauzate de tratament. Tratamentul standard al cancerului implică de obicei utilizarea dozei maxime tolerate dintr-un medicament pentru a ucide 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 ucise.

O abordare evolutivă a tratamentului, numită terapie adaptivă, personalizează dozele de tratament sau întreruperile 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 dozei și a întreruperilor tratamentului pentru fiecare pacient este o provocare, deoarece cancerul este un sistem complex în evoluție, iar fiecare pacient este unic. Modelele matematice pot ajuta la dezvoltarea unor astfel de strategii de tratament individualizate. Într-adevăr, au fost dezvoltate mai multe modele matematice pentru a studia impactul diferitelor strategii de tratament asupra rezultatelor pacienților. Cu toate acestea, modelele matematice existente ignoră adesea impactul rezistenței dobândite și al plasticității celulelor canceroase. „Rezistența dobândită” acoperă diverse 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. Kim Eunjung de la Centrul pentru Cercetare Informatică a Produselor Naturale din cadrul Institutului Coreean de Știință și Tehnologie Avansată (KIST, director Oh Sang-rok) a dezvoltat o bază teoretică pentru strategiile de tratament al cancerului care iau în considerare evoluția tumorii. Aceștia au dezvoltat un model matematic pentru a prezice evoluția tumorii luând în considerare dobândirea de rezistență de către celulele canceroase și capacitatea acestora de a schimba comportamentul fenotipic (plasticitatea) în timpul tratamentului. Analiza modelului lor a relevat condițiile pentru existența unei ferestre de dozare eficientă, o gamă de doze care poate menține volumul tumorii la un punct de echilibru în care volumul tumorii rămâne neschimbat și stabil.

Pentru unele tumori cu plasticitate, întreruperile tratamentului ajută celulele canceroase să devină din nou sensibile, asociindu-se cu alte celule sensibile pentru a suprima creșterea celulelor rezistente. Echipa de cercetare a propus o terapie evolutivă de dozare, care implică tratamentul în cicluri constând în întreruperi ale tratamentului, doze minime eficiente și doze maxime tolerate. Întreruperile tratamentului permit celulelor canceroase plastice să-și recapete sensibilitatea, după care se aplică doza minimă eficientă pentru a controla volumul tumorii. Doza maximă tolerată este apoi administrată pentru a reduce în continuare 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 un nivel acceptabil.

Modelul matematic dezvoltat poate prezice intervalul de dozaj eficient al candidaților la tratamentul cancerului înainte de studiile clinice. Acesta poate ajuta la determinarea efectelor anticancerigene ale noilor tratamente și la identificarea intervalului de dozaj eficient pentru fiecare medicament. În plus, modelul facilitează dezvoltarea unor strategii personalizate de tratament al cancerului, ținând cont de dinamica evolutivă a tumorii la fiecare pacient în timpul tratamentului.

Citat: „În studiul actual, am evidențiat rolul plasticității fenotipice a celulelor canceroase în îmbunătățirea gestionabilității încărcăturii tumorale folosind doze ciclice de tratament evolutiv”, a declarat Dr. Kim Yunjung de la Centrul pentru Cercetare Informatică a Produselor Naturale din cadrul Institutului Coreean de Știință și Tehnologie.

De asemenea, ea a menționat planurile de a utiliza modelul matematic pentru a concepe studii pe animale și studii clinice ale potențialelor medicamente anticancerigene derivate din produse naturale, cu scopul de a stabili scheme de dozare care să controleze eficient încărcătura tumorală.

Rezultatele studiului au fost publicate în revista ScienceDirect.