Ученые разработали первый набросок математической модели, которая когда-нибудь сможет направлять решения о лечении распространенного рака простаты, отчасти помогая врачам предсказать, как отдельные пациенты отреагируют на терапию, на основе биологии их опухолей.
Эти решения будут применяться к лечению рака, который уже распространился за пределы предстательной железы или который рецидивировал после начального лечения, такого как хирургическое вмешательство или лучевая терапия. Пациенты с этим более продвинутым раком простаты получают терапию, называемую андрогенной аблацией, которая подавляет выработку тестостерона. виновник, который позволяет опухоли продолжать расти.
Хотя результаты модели остаются теоретическими на данный момент, исследователи разработали достаточно системы, чтобы показать, что их включение некоторых персонализированных данных ?? подробности о характеристиках опухолевых клеток пациента, в частности ?? дадут врачам больше, чем они имеют в настоящее время, при принятии решений об этом этапе лечения.
"Модель в ее нынешнем виде является доказательством концепции, согласно которой мы можем зафиксировать все эти различные результаты, наблюдаемые клинически. Но нам все еще нужно уточнить модель с использованием как можно большего количества индивидуальных данных," сказал Харш Джайн, научный сотрудник Института математических биологических наук Университета штата Огайо и ведущий автор исследования.
"Мы предполагаем, что эта модель будет полезна для клиницистов, которые могли бы продолжать вводить уравнения с данными о том, как пациент реагирует на терапию, что могло бы дать подсказки о том, как его раковые клетки мутируют. Как только у вас появится представление об этом в краткосрочной или среднесрочной перспективе, модель сможет спрогнозировать оптимальную терапию для этого пациента," Джайн сказал.
Модель описана на этой неделе в раннем онлайн-выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences. Джайн проводил работу с соавторами Стивеном Клинтоном, профессором, и Арвиндером Биндером, доцентом-клиническим отделением медицинской онкологии штата Огайо, и Авнером Фридманом, заслуженным профессором университета штата Огайо.
По данным Национального института рака, рак простаты диагностируется примерно у 240000 американских мужчин и приводит к 34000 смертей ежегодно.
Лечение этого рака на более поздних стадиях вызывает химическую кастрацию, воздействуя на один из нескольких механизмов, участвующих в выработке тестостерона. У большинства пациентов раковые клетки со временем развивают резистентность к кастрации ?? в среднем от 1½ до двух лет после начала лечения. Однако общий диапазон развития устойчивости составляет от нескольких месяцев до более 10 лет.
Джайн сказал, что некоторые ученые предположили, что это лечение ведет непосредственно к кастратурезистентному заболеванию, потому что как только тестостерон удаляется из организма, мутантные раковые клетки, которые могут выжить в среде без тестостерона или с низким содержанием тестостерона, способны захватить опухоль.
В настоящее время стандартным лечением является непрерывное лечение для устранения тестостерона. Но поскольку врачи знают, что резистентность к кастрации неизбежна, изучается новый подход. Национальное клиническое испытание оценивает преимущества и риски прерывистой аблации андрогенов ?? удерживать пациентов на лекарствах до тех пор, пока симптомы не улучшатся, а затем давать мужчинам перерыв в приеме лекарств до тех пор, пока болезнь не начнет снова прогрессировать.
Математическая модель, разработанная учеными штата Огайо, предполагает, что, основываясь на средних клинических данных, доступных в настоящее время, такая прерывистая терапия может фактически ускорить развитие резистентности к кастрации.
"Точно так же, как периодическое использование антибиотиков дает шанс бактериям, устойчивым к препарату, взять верх, вы можете на самом деле закончить периодическую антиандрогенную терапию, еще более позитивно отбирая мутирующие раковые клетки," Джайн сказал.
Однако средние значения не всегда применимы, поэтому ученые разрабатывают систему дифференциальных уравнений для учета индивидуальных различий. Например, "обычный" Уровни простатоспецифического антигена или ПСА в крови мужчин покрывают довольно широкий диапазон, отмечает Джайн. Тем не менее, анализ ПСА остается наиболее распространенным методом скрининга рака простаты, а также используется для оценки эффективности лечения на поздних стадиях.
"Диапазон PSA огромен. Это очень разнородная вещь," Джайн сказал. "Когда мы говорим о раке, мы считаем, что эти переменные должны быть персонализированы. Рак у всех растет по-разному.
"Есть много вопросов. Если вы выберете курс прерывистой терапии, как вы определитесь с графиком лечения?? Основан ли он исключительно на уровнях ПСА?? Разве при принятии решения о лечении не следует учитывать личные особенности пациента?? Можете ли вы выделить подгруппу пациентов, которые, по прогнозам, хорошо отреагируют на это, или существуют ли условия, когда одно лечение против. другой может сделать еще хуже?"
Математика предлагает некоторые ответы. В основу модели положены существующие данные о животных и людях по характеристикам рака простаты. Помимо этого, исследователи выбрали параметры для включения в уравнения, которые более конкретно детализируют то, что может происходить в отдельной опухоли: скорость роста раковых клеток, скорость гибели раковых клеток, уровень активации ПСА в опухолевых клетках и скорость ПСА одного человека может перемещаться из простаты в кровоток.
Ученые даже учли конкурентоспособность отдельных типов раковых клеток ?? например, некоторые мутировавшие раковые клетки не так сильны, как их нормальные аналоги раковых клеток. В таких случаях, как предсказывает математическая модель, лучшим вариантом лечения будет прерывистая терапия, потому что более сильные нормальные раковые клетки будут держать мутантные клетки под контролем во время перерыва в приеме лекарств. Поскольку в раке постоянно доминируют клетки, которые зависят от наличия тестостерона, лечение будет по-прежнему нацелено на те более сильные клетки, которые реагируют на терапию андрогенной аблацией, объяснил Джейн.
"Это важный вопрос для любой терапии ?? делает ли это лучше или хуже, позволяя мутировавшим клеткам захватить власть?" он сказал.
Джайн и его коллеги сейчас работают над повышением мощности модели, добавляя параметры, которые учитывают архитектуру кровеносных сосудов в опухолях простаты, что является основным показателем того, насколько устойчивым будет рак. Они также планируют добавить сотни данных из тематических исследований отдельных пациентов, чтобы сделать их прогнозы еще более достоверными.