Terapi evolusi: strategi rawatan kanser baharu menggunakan pemodelan matematik

Kanser memberikan cabaran yang ketara disebabkan oleh perkembangan rintangan dan kemungkinan berulang. Rintangan boleh berlaku disebabkan oleh 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 selalunya gagal dalam jangka panjang kerana sel kanser yang tahan dadah boleh membesar dengan lebih cepat apabila semua sel sensitif dadah dimusnahkan.

Pendekatan rawatan evolusi yang dipanggil terapi penyesuaian memperibadikan dos rawatan atau rehat berdasarkan tindak balas individu pesakit. 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 selang rawatan untuk setiap pesakit adalah mencabar kerana kanser adalah sistem yang kompleks, berkembang dan setiap pesakit adalah unik. Model matematik boleh membantu 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 pengaruh rintangan yang diperoleh dan keplastikan sel kanser. 'Acquired resistance' merangkumi pelbagai jenis rintangan yang timbul, selalunya disebabkan oleh perubahan genetik. 'Keplastikan sel' merujuk kepada keupayaan sel kanser 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. Yunjung Kim dari Pusat Penyelidikan Informatik Produk Semulajadi di Institut Sains dan Teknologi Korea (KIST, pengarah Oh Sangrok) telah membangunkan rangka kerja teori untuk strategi rawatan kanser yang mengambil kira evolusi tumor. Mereka membangunkan model matematik untuk meramalkan evolusi tumor, dengan mengambil kira 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 malar dan stabil.

Bagi sesetengah tumor dengan keplastikan, rehat dalam rawatan membantu sel kanser menjadi responsif semula dengan bergabung dengan sel sensitif lain untuk menyekat pertumbuhan sel tahan. Pasukan penyelidik mencadangkan terapi dos evolusi, yang melibatkan rawatan dalam kitaran yang terdiri daripada rehat rawatan, dos berkesan minimum dan dos maksimum yang boleh diterima. Gangguan rawatan membolehkan sel-sel kanser plastik mendapat semula sensasi, selepas itu dos berkesan minimum digunakan untuk mengawal jumlah tumor. Dos maksimum yang boleh diterima kemudiannya diberikan untuk mengurangkan lagi saiz tumor. Kitaran dos ini berkesan mengawal jumlah tumor pada tahap yang boleh diurus. Simulasi berangka strategi yang dicadangkan digunakan untuk pesakit melanoma menggambarkan lagi penemuan ini. Keputusan menunjukkan bahawa dos evolusi boleh mengubah hala 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 antikanser rawatan baharu dan mengenal pasti julat dos yang berkesan untuk setiap ubat. Selain itu, model ini memudahkan pembangunan strategi rawatan kanser yang diperibadikan dengan mengambil kira dinamik evolusi tumor setiap pesakit semasa rawatan.

Petikan: "Dalam kajian semasa, kami menyerlahkan peranan keplastikan fenotip sel kanser dalam meningkatkan kebolehkawalan beban tumor melalui dos kitaran rawatan evolusi," kata Dr. Kim Youngjung 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 eksperimen dan ujian klinikal ubat antikanser berpotensi yang diperoleh daripada produk semula jadi, dengan matlamat untuk mewujudkan rejimen dos yang mengawal beban tumor dengan berkesan.

Hasil kajian telah diterbitkan dalam ScienceDirect.