Terapi evolusi: strategi baharu untuk rawatan kanser menggunakan pemodelan matematik

Kanser memberikan cabaran yang ketara disebabkan oleh perkembangan rintangan dan potensi untuk berulang. Rintangan mungkin timbul daripada perubahan genetik kekal dalam sel kanser atau perubahan bukan genetik dalam tingkah laku sel kanser yang disebabkan oleh rawatan. Rawatan kanser standard biasanya melibatkan penggunaan dos maksimum ubat yang boleh diterima untuk membunuh sel sensitif dadah dengan berkesan. Walau bagaimanapun, pendekatan ini sering gagal dalam jangka masa panjang kerana sel-sel kanser yang tahan dadah boleh membesar dengan lebih cepat apabila semua sel sensitif dadah dibunuh.

Pendekatan evolusi terhadap rawatan, dipanggil terapi penyesuaian, memperibadikan dos rawatan atau gangguan berdasarkan tindak balas pesakit individu. Matlamat terapi penyesuaian adalah untuk mengekalkan bilangan sel sensitif yang mencukupi untuk mengawal pertumbuhan sel tahan. Kajian terkini dan ujian klinikal telah menunjukkan bahawa terapi penyesuaian boleh melambatkan perkembangan rintangan dengan lebih berkesan daripada rawatan standard.

Menentukan dos dan gangguan rawatan untuk setiap pesakit adalah mencabar kerana kanser adalah sistem yang kompleks berkembang dan setiap pesakit adalah unik. Model matematik boleh membantu dalam membangunkan strategi rawatan individu tersebut. Malah, beberapa model matematik telah dibangunkan untuk mengkaji kesan strategi rawatan yang berbeza terhadap hasil pesakit. Walau bagaimanapun, model matematik sedia ada sering mengabaikan kesan rintangan yang diperoleh dan keplastikan sel kanser. 'Acquired resistance' merangkumi pelbagai jenis rintangan yang timbul, selalunya disebabkan oleh perubahan genetik. 'Keplastikan selular' merujuk kepada keupayaan sel kanser untuk menukar fenotipnya sebagai tindak balas kepada perubahan dalam persekitaran mikronya, seperti turun naik dalam dos rawatan atau pemberhentian rawatan.

Pasukan penyelidik yang diketuai oleh Dr. Kim Eunjung dari Pusat Penyelidikan Informatik Produk Semulajadi di Institut Sains dan Teknologi Termaju Korea (KIST, Pengarah Oh Sang-rok) membangunkan asas teori untuk strategi rawatan kanser yang mengambil kira evolusi tumor. Mereka membangunkan model matematik untuk meramalkan evolusi tumor dengan mempertimbangkan pemerolehan rintangan oleh sel-sel kanser dan keupayaan mereka untuk mengubah tingkah laku fenotip (keplastikan) semasa rawatan. Analisis model mereka mendedahkan syarat untuk kewujudan tetingkap dos yang berkesan, julat dos yang boleh mengekalkan volum tumor pada titik keseimbangan di mana volum tumor kekal tidak berubah dan stabil.

Bagi sesetengah tumor dengan keplastikan, gangguan rawatan membantu sel kanser menjadi sensitif semula, bergabung dengan sel sensitif lain untuk menyekat pertumbuhan sel tahan. Pasukan penyelidik mencadangkan terapi dos evolusi, yang melibatkan rawatan dalam kitaran yang terdiri daripada gangguan rawatan, dos berkesan minimum dan dos yang boleh diterima maksimum. Gangguan rawatan membolehkan sel-sel kanser plastik mendapatkan semula sensitiviti, selepas itu dos berkesan minimum digunakan untuk mengawal jumlah tumor. Dos yang boleh diterima maksimum kemudiannya diberikan untuk mengurangkan lagi saiz tumor. Kitaran dos ini mengawal volum tumor ke tahap yang boleh diurus dengan berkesan. Simulasi berangka strategi yang dicadangkan digunakan untuk pesakit dengan melanoma menggambarkan lagi penemuan ini. Keputusan menunjukkan bahawa dos evolusi boleh mengalihkan dinamik tumor, mengekalkan saiz tumor di bawah paras yang boleh diterima.

Model matematik yang dibangunkan boleh meramalkan julat dos berkesan calon rawatan kanser sebelum ujian klinikal. Ia boleh membantu menentukan kesan anti-kanser rawatan baharu dan mengenal pasti julat dos yang berkesan untuk setiap ubat. Di samping itu, model ini memudahkan pembangunan strategi rawatan kanser yang diperibadikan, dengan mengambil kira dinamik evolusi tumor dalam setiap pesakit semasa rawatan.

Petikan: "Dalam kajian semasa, kami menyerlahkan peranan keplastikan fenotip sel kanser dalam meningkatkan kebolehurusan beban tumor menggunakan dos kitaran rawatan evolusi," kata Dr. Kim Yunjung dari Pusat Penyelidikan Informatik Produk Semulajadi di Institut Sains dan Teknologi Korea.

Beliau juga menyebut rancangan untuk menggunakan model matematik untuk mereka bentuk kajian haiwan dan ujian klinikal ubat anti-kanser berpotensi yang diperoleh daripada produk semula jadi, dengan matlamat untuk mewujudkan rejimen dos yang mengawal beban tumor dengan berkesan.

Hasil kajian itu diterbitkan dalam jurnal ScienceDirect.