Evoluutiohoidot: uusi strategia syövän hoitoon matemaattisen mallintamisen avulla.

Syöpä asettaa merkittäviä haasteita resistenssin kehittymisen ja uusiutumismahdollisuuden vuoksi. Resistenssi voi johtua syöpäsolujen pysyvistä geneettisistä muutoksista tai hoidon aiheuttamista ei-geneettisistä muutoksista syöpäsolujen käyttäytymisessä. Tavanomaisessa syöpähoidossa käytetään tyypillisesti lääkettä suurimmalla siedetyllä annoksella lääkeherkkien solujen tehokkaaseen tappamiseen. Tämä lähestymistapa kuitenkin usein epäonnistuu pitkällä aikavälillä, koska lääkeresistentit syöpäsolut voivat kasvaa nopeammin, kun kaikki lääkeherkät solut kuolevat.

Evoluutioon perustuva hoitomenetelmä, jota kutsutaan adaptiiviseksi terapiaksi, yksilöllistää hoitoannoksia tai -taukoja yksilöllisten potilasvasteiden perusteella. Adaptiivisen hoidon tavoitteena on ylläpitää riittävä määrä herkkiä soluja resistenttien solujen kasvun hillitsemiseksi. Viimeaikaiset tutkimukset ja kliiniset kokeet ovat osoittaneet, että adaptiivinen hoito voi viivästyttää resistenssin kehittymistä tehokkaammin kuin standardihoito.

Annoksen ja hoidon keskeytysten määrittäminen kullekin potilaalle on haastavaa, koska syöpä on monimutkainen ja kehittyvä järjestelmä ja jokainen potilas on ainutlaatuinen. Matemaattiset mallit voivat auttaa tällaisten yksilöllisten hoitostrategioiden kehittämisessä. Itse asiassa useita matemaattisia malleja on kehitetty tutkimaan eri hoitostrategioiden vaikutusta potilastuloksiin. Olemassa olevat matemaattiset mallit kuitenkin usein jättävät huomiotta syöpäsolujen hankitun resistenssin ja plastisuuden vaikutuksen. 'Hankittu resistenssi' kattaa erityyppisiä resistenssejä, jotka syntyvät usein geneettisistä muutoksista johtuen. 'Soluplastisuus' viittaa syöpäsolujen kykyyn muuttaa fenotyyppiään vastauksena mikroympäristönsä muutoksiin, kuten hoitoannoksen vaihteluihin tai hoidon lopettamiseen.

Korean edistyneen tiede- ja teknologiainstituutin (KIST, johtaja Oh Sang-rok) luonnontuotteiden informatiikan tutkimuskeskuksen tohtori Kim Eunjungin johtama tutkimusryhmä kehitti teoreettisen perustan syövän hoitostrategioille, jotka ottavat huomioon kasvaimen kehityksen. He kehittivät matemaattisen mallin kasvaimen kehityksen ennustamiseksi ottamalla huomioon syöpäsolujen resistenssin kehittymisen ja niiden kyvyn muuttaa fenotyyppistä käyttäytymistä (plastisuutta) hoidon aikana. Mallin analyysi paljasti edellytykset tehokkaan annosikkunan olemassaololle. Tämä on annosalue, joka pystyy ylläpitämään kasvaimen tilavuuden tasapainopisteessä, jossa kasvaimen tilavuus pysyy muuttumattomana ja vakaana.

Joillekin plastisuudelle ominaisille kasvaimille hoidon keskeytykset auttavat syöpäsoluja tulemaan uudelleen herkiksi, jolloin ne toimivat yhdessä muiden herkkien solujen kanssa ja estävät resistenttien solujen kasvua. Tutkimusryhmä ehdotti evolutiivista annostelua, johon kuuluu hoito sykleissä, jotka koostuvat hoidon keskeytyksistä, pienimmistä tehokkaista annoksista ja suurimmista siedetyistä annoksista. Hoidon keskeytykset mahdollistavat plastisten syöpäsolujen herkkyyden palautumisen, minkä jälkeen käytetään pienintä tehokasta annosta kasvaimen tilavuuden hallitsemiseksi. Sitten annetaan suurin siedetty annos kasvaimen koon pienentämiseksi edelleen. Tämä annostelusykli hallitsee tehokkaasti kasvaimen tilavuutta hallittavalle tasolle. Ehdotettujen strategioiden numeeriset simulaatiot melanoomapotilaaseen sovellettuna havainnollistavat näitä havaintoja entisestään. Tulokset osoittavat, että evolutiivisella annostuksella voidaan suunnata kasvaimen dynamiikkaa uudelleen ja pitää kasvaimen koko hyväksyttävän tason alapuolella.

Kehitetty matemaattinen malli pystyy ennustamaan syöpähoitoehdokkaiden tehokkaan annosalueen ennen kliinisiä tutkimuksia. Se voi auttaa määrittämään uusien hoitojen syöpää ehkäiseviä vaikutuksia ja tunnistamaan kunkin lääkkeen tehokkaan annosalueen. Lisäksi malli helpottaa yksilöllisten syöpähoitostrategioiden kehittämistä ottaen huomioon kasvaimen evoluutiodynamiikan kullakin potilaalla hoidon aikana.

Lainaus: "Tässä tutkimuksessa korostimme syöpäsolujen fenotyyppisen plastisuuden roolia kasvaintaakan hallittavuuden parantamisessa käyttämällä evoluutiohoidon syklisiä annoksia", sanoo tohtori Kim Yunjung Korean tiede- ja teknologiainstituutin luonnontuotteiden informatiikan tutkimuskeskuksesta.

Hän mainitsi myös suunnitelmat käyttää matemaattista mallia eläinkokeiden ja kliinisten kokeiden suunnitteluun luonnontuotteista peräisin olevista potentiaalisista syöpälääkkeistä, tavoitteenaan laatia annostusohjelmia, jotka tehokkaasti hallitsevat kasvaintaakkaa.

Tutkimuksen tulokset julkaistiin ScienceDirect-lehdessä.