טיפולים אבולוציוניים: אסטרטגיה חדשה לטיפול בסרטן באמצעות מודלים מתמטיים

סרטן מציב אתגרים משמעותיים עקב התפתחות עמידות ופוטנציאל להישנות המחלה. עמידות עשויה לנבוע משינויים גנטיים קבועים בתאי הסרטן או משינויים לא גנטיים בהתנהגות תאי הסרטן הנגרמים כתוצאה מטיפול. טיפול סטנדרטי בסרטן כרוך בדרך כלל בשימוש במינון המקסימלי הנסבל של תרופה כדי להרוג ביעילות תאים רגישים לתרופה. עם זאת, גישה זו נכשלת לעיתים קרובות בטווח הארוך מכיוון שתאי סרטן עמידים לתרופה יכולים לגדול מהר יותר כאשר כל התאים הרגישים לתרופה נהרגים.

גישה אבולוציונית לטיפול, הנקראת טיפול אדפטיבי, מתאימה אישית את מינוני הטיפול או את ההפסקות שלו על סמך תגובותיו האישיות של המטופל. מטרת הטיפול האדפטיבי היא לשמור על מספר מספיק של תאים רגישים כדי לשלוט בגדילת תאים עמידים. מחקרים וניסויים קליניים אחרונים הראו כי טיפול אדפטיבי יכול לעכב את התפתחות העמידות בצורה יעילה יותר מטיפול סטנדרטי.

קביעת המינון והפסקות הטיפול עבור כל מטופל היא מאתגרת מכיוון שסרטן הוא מערכת מורכבת ומתפתחת וכל מטופל הוא ייחודי. מודלים מתמטיים יכולים לסייע בפיתוח אסטרטגיות טיפול מותאמות אישית כאלה. ואכן, מספר מודלים מתמטיים פותחו כדי לחקור את ההשפעה של אסטרטגיות טיפול שונות על תוצאות המטופל. עם זאת, מודלים מתמטיים קיימים מתעלמים לעתים קרובות מהשפעת העמידות הנרכשת והפלסטיות של תאי סרטן. 'עמידות נרכשת' מכסה סוגים שונים של עמידות הנובעות, לעתים קרובות עקב שינויים גנטיים. 'פלסטיות תאית' מתייחסת ליכולתם של תאי סרטן לשנות את הפנוטיפים שלהם בתגובה לשינויים במיקרו-סביבה שלהם, כגון תנודות במינון הטיפול או הפסקת הטיפול.

צוות מחקר בראשות ד"ר קים אונג'ונג מהמרכז לחקר אינפורמטיקה של מוצרים טבעיים במכון המתקדם למדע וטכנולוגיה של קוריאה (KIST, מנהל או סאנג-רוק) פיתח בסיס תיאורטי לאסטרטגיות טיפול בסרטן המתחשבות באבולוציה של הגידול. הם פיתחו מודל מתמטי לחיזוי התפתחות הגידול על ידי התחשבות ברכישת עמידות על ידי תאי סרטן ויכולתם לשנות התנהגות פנוטיפית (פלסטיות) במהלך הטיפול. ניתוח המודל שלהם גילה את התנאים לקיומו של חלון מינון יעיל, טווח מינונים שיכולים לשמור על נפח הגידול בנקודת שיווי משקל שבה נפח הגידול נשאר ללא שינוי ויציב.

עבור גידולים מסוימים בעלי פלסטיות, הפסקות טיפול עוזרות לתאי הסרטן לחזור לרגישים, ולחבר לתאים רגישים אחרים כדי לדכא את הצמיחה של תאים עמידים. צוות המחקר הציע טיפול במינון אבולוציוני, הכולל טיפול במחזורים המורכבים מהפסקות טיפול, מינונים יעילים מינימליים ומינונים מקסימליים נסבלים. הפסקות טיפול מאפשרות לתאי סרטן פלסטיים להחזיר את הרגישות, ולאחר מכן מינון יעיל מינימלי מוחל כדי לשלוט בנפח הגידול. לאחר מכן ניתן המינון המקסימלי הנסבל כדי להפחית עוד יותר את גודל הגידול. מחזור מינון זה שולט ביעילות בנפח הגידול לרמה ניתנת לניהול. סימולציות מספריות של האסטרטגיות המוצעות המיושמות על חולה עם מלנומה ממחישות עוד יותר את הממצאים הללו. התוצאות מראות כי מינון אבולוציוני יכול לשנות את הדינמיקה של הגידול, ולשמור על גודל הגידול מתחת לרמה מקובלת.

המודל המתמטי שפותח יכול לחזות את טווח המינון היעיל של טיפולים פוטנציאליים לסרטן לפני ניסויים קליניים. הוא יכול לסייע בקביעת ההשפעות האנטי-סרטניות של טיפולים חדשים ולזהות את טווח המינון היעיל עבור כל תרופה. בנוסף, המודל מאפשר פיתוח אסטרטגיות טיפול מותאמות אישית לסרטן, תוך התחשבות בדינמיקה האבולוציונית של הגידול בכל מטופל במהלך הטיפול.

ציטוט: "במחקר הנוכחי, הדגשנו את תפקיד הפלסטיות הפנוטיפית של תאי סרטן בשיפור יכולת הניהול של נטל הגידול באמצעות מינונים מחזוריים של טיפול אבולוציוני", אמר ד"ר קים יונג'ונג מהמרכז לחקר אינפורמטיקה של מוצרים טבעיים במכון הקוריאני למדע וטכנולוגיה.

היא גם הזכירה תוכניות להשתמש במודל המתמטי כדי לתכנן מחקרים בבעלי חיים וניסויים קליניים של תרופות פוטנציאליות נגד סרטן שמקורן במוצרים טבעיים, במטרה לקבוע משטרי מינון שישלטו ביעילות בנטל הגידול.

תוצאות המחקר פורסמו בכתב העת ScienceDirect.