العلاج التطوري: استراتيجية جديدة لعلاج السرطان باستخدام النمذجة الرياضية

يطرح السرطان تحديات كبيرة بسبب تطور المقاومة واحتمال الانتكاس. يمكن أن تحدث المقاومة بسبب التغيرات الجينية الدائمة في الخلايا السرطانية أو التغيرات غير الجينية في سلوك الخلايا السرطانية الناجمة عن العلاج. عادةً ما يتضمن العلاج القياسي للسرطان استخدام الجرعة القصوى المسموح بها من الدواء لقتل الخلايا الحساسة للدواء بشكل فعال. ومع ذلك، غالبًا ما يفشل هذا النهج على المدى الطويل لأن الخلايا السرطانية المقاومة للأدوية يمكن أن تنمو بشكل أسرع عندما يتم تدمير جميع الخلايا الحساسة للأدوية.

يقوم نهج العلاج التطوري الذي يسمى العلاج التكيفي بتخصيص جرعة العلاج أو فترات الراحة بناءً على الاستجابات الفردية للمريض. الهدف من العلاج التكيفي هو الحفاظ على أعداد كافية من الخلايا الحساسة للتحكم في نمو الخلايا المقاومة. وقد أظهرت الدراسات الحديثة والتجارب السريرية أن العلاج التكيفي يمكن أن يؤخر تطور المقاومة بشكل أكثر فعالية من العلاج القياسي.

يعد تحديد الجرعة وفترات العلاج لكل مريض أمرًا صعبًا لأن السرطان نظام معقد ومتطور وكل مريض فريد من نوعه. يمكن أن تساعد النماذج الرياضية في تطوير استراتيجيات العلاج الفردية. في الواقع، تم تطوير العديد من النماذج الرياضية لدراسة تأثير استراتيجيات العلاج المختلفة على نتائج المرضى. ومع ذلك، فإن النماذج الرياضية الموجودة غالبًا ما تتجاهل تأثير المقاومة المكتسبة ومرونة الخلايا السرطانية. تشمل "المقاومة المكتسبة" أنواعًا مختلفة من المقاومة التي تنشأ غالبًا بسبب التغيرات الجينية. تشير "ليونة الخلية" إلى قدرة الخلايا السرطانية على تغيير أنماطها الظاهرية استجابة للتغيرات في بيئتها الدقيقة، مثل التقلبات في جرعة العلاج أو التوقف عن العلاج.

قام فريق بحثي بقيادة الدكتور يونجونج كيم من مركز أبحاث معلوماتية المنتجات الطبيعية في المعهد الكوري للعلوم والتكنولوجيا (KIST، مدير أوه سانجروك) بتطوير إطار نظري لاستراتيجيات علاج السرطان التي تأخذ في الاعتبار تطور الورم. لقد طوروا نموذجًا رياضيًا للتنبؤ بتطور الورم، مع الأخذ في الاعتبار اكتساب الخلايا السرطانية للمقاومة وقدرتها على تغيير السلوك المظهري (اللدونة) أثناء العلاج. كشف تحليل نموذجهم عن الظروف اللازمة لوجود نافذة جرعات فعالة، وهي مجموعة من الجرعات التي يمكنها الحفاظ على حجم الورم عند نقطة توازن حيث يظل حجم الورم ثابتًا ومستقرًا.

بالنسبة لبعض الأورام ذات اللدونة، تساعد فترات التوقف في العلاج الخلايا السرطانية على أن تصبح مستجيبة مرة أخرى من خلال التعاون مع الخلايا الحساسة الأخرى لقمع نمو الخلايا المقاومة. اقترح فريق البحث العلاج بالجرعات التطورية، والذي يتضمن العلاج في دورات تتكون من فواصل العلاج، والحد الأدنى من الجرعات الفعالة والحد الأقصى للجرعات المسموح بها. إن انقطاع العلاج يسمح للخلايا السرطانية البلاستيكية باستعادة الإحساس، وبعد ذلك يتم تطبيق الحد الأدنى من الجرعة الفعالة للتحكم في حجم الورم. يتم بعد ذلك إعطاء الجرعة القصوى المسموح بها لتقليل حجم الورم بشكل أكبر. تتحكم دورة الجرعات هذه بشكل فعال في حجم الورم عند مستوى يمكن التحكم فيه. توضح المحاكاة العددية للاستراتيجيات المقترحة المطبقة على مريض سرطان الجلد هذه النتائج. وتظهر النتائج أن الجرعات التطورية يمكن أن تعيد توجيه ديناميكيات الورم، مما يبقي حجم الورم أقل من المستويات المقبولة.

يمكن للنموذج الرياضي المطور التنبؤ بنطاق الجرعات الفعالة لمرشحي علاج السرطان قبل التجارب السريرية. يمكن أن يساعد في تحديد التأثيرات المضادة للسرطان للعلاجات الجديدة وتحديد نطاق الجرعة الفعالة لكل دواء. بالإضافة إلى ذلك، يسهل النموذج تطوير استراتيجيات علاج السرطان الشخصية من خلال مراعاة الديناميكيات التطورية لكل ورم مريض أثناء العلاج.

اقتباس: "في الدراسة الحالية، سلطنا الضوء على دور اللدونة المظهرية للخلايا السرطانية في تحسين إمكانية التحكم في عبء الورم من خلال جرعات دورية من العلاجات التطورية"، قال الدكتور كيم يونج جونج من مركز أبحاث معلوماتية المنتجات الطبيعية في المركز. المعهد الكوري للعلوم والتكنولوجيا.

ذكرت أيضًا خططًا لاستخدام النموذج الرياضي لتصميم الدراسات على الحيوانات التجريبية والتجارب السريرية للأدوية المحتملة المضادة للسرطان المستمدة من المنتجات الطبيعية، بهدف إنشاء أنظمة جرعات تتحكم بشكل فعال في عبء الورم.

تم نشر نتائج الدراسة في ScienceDirect.