العلاجات التطورية: استراتيجية جديدة لعلاج السرطان باستخدام النمذجة الرياضية

يُمثل السرطان تحديات كبيرة نظرًا لتطور مقاومته واحتمالية انتكاسه. قد تنشأ المقاومة من تغيرات جينية دائمة في الخلايا السرطانية، أو تغيرات غير جينية في سلوكها ناتجة عن العلاج. عادةً ما يتضمن العلاج التقليدي للسرطان استخدام أقصى جرعة مسموح بها من الدواء للقضاء على الخلايا الحساسة للدواء بفعالية. ومع ذلك، غالبًا ما يفشل هذا النهج على المدى الطويل، لأن الخلايا السرطانية المقاومة للأدوية تنمو بشكل أسرع عند القضاء على جميع الخلايا الحساسة للدواء.

يُسمى هذا النهج العلاجي التكيفي، وهو نهجٌ تطوريٌّ يُخصص جرعات العلاج أو فترات انقطاعه بناءً على استجابة كل مريض. ويهدف العلاج التكيفي إلى الحفاظ على عدد كافٍ من الخلايا الحساسة للسيطرة على نمو الخلايا المقاومة. وقد أظهرت الدراسات والتجارب السريرية الحديثة أن العلاج التكيفي يُمكن أن يُؤخر تطور المقاومة بشكل أكثر فعاليةً من العلاج التقليدي.

يُعد تحديد الجرعة وفترات انقطاع العلاج لكل مريض أمرًا صعبًا، لأن السرطان نظام معقد ومتطور، ولكل مريض خصوصيته. تساعد النماذج الرياضية في تطوير استراتيجيات علاجية فردية. في الواقع، طُوّرت العديد من النماذج الرياضية لدراسة تأثير استراتيجيات العلاج المختلفة على نتائج المرضى. ومع ذلك، غالبًا ما تتجاهل النماذج الرياضية الحالية تأثير المقاومة المكتسبة ومرونة الخلايا السرطانية. تغطي "المقاومة المكتسبة" أنواعًا مختلفة من المقاومة التي تنشأ غالبًا بسبب التغيرات الجينية. أما "المرونة الخلوية" فتشير إلى قدرة الخلايا السرطانية على تغيير أنماطها الظاهرية استجابةً للتغيرات في بيئتها المحيطة، مثل تقلبات جرعة العلاج أو التوقف عنه.

قام فريق بحثي بقيادة الدكتور كيم إيونجونغ من مركز أبحاث معلوماتية المنتجات الطبيعية في المعهد الكوري المتقدم للعلوم والتكنولوجيا (KIST، والمدير أوه سانغ-روك) بتطوير أساس نظري لاستراتيجيات علاج السرطان التي تأخذ تطور الورم في الاعتبار. وطوّر الفريق نموذجًا رياضيًا للتنبؤ بتطور الورم من خلال دراسة اكتساب الخلايا السرطانية للمقاومة وقدرتها على تغيير سلوكها الظاهري (اللدونة) أثناء العلاج. وكشف تحليل نموذجهم عن شروط وجود نافذة جرعات فعالة، وهي مجموعة من الجرعات التي يمكنها الحفاظ على حجم الورم عند نقطة توازن، حيث يبقى حجم الورم ثابتًا ومستقرًا.

بالنسبة لبعض الأورام ذات اللدونة، تساعد انقطاعات العلاج خلايا السرطان على استعادة حساسيتها، بالتعاون مع خلايا حساسة أخرى لقمع نمو الخلايا المقاومة. اقترح فريق البحث العلاج بالجرعات التطورية، والذي يتضمن العلاج في دورات تتكون من انقطاعات العلاج، والجرعات الفعالة الدنيا، والجرعات القصوى المسموح بها. تسمح انقطاعات العلاج لخلايا السرطان اللدونة باستعادة حساسيتها، وبعد ذلك يتم تطبيق الجرعة الفعالة الدنيا للتحكم في حجم الورم. ثم يتم إعطاء الجرعة القصوى المسموح بها لتقليل حجم الورم بشكل أكبر. تتحكم دورة الجرعات هذه بفعالية في حجم الورم إلى مستوى يمكن التحكم فيه. توضح المحاكاة العددية للاستراتيجيات المقترحة المطبقة على مريض مصاب بالورم الميلانيني هذه النتائج بشكل أكبر. تُظهر النتائج أن الجرعات التطورية يمكن أن تعيد توجيه ديناميكيات الورم، مع الحفاظ على حجم الورم أقل من المستوى المقبول.

يستطيع النموذج الرياضي المُطوّر التنبؤ بنطاق الجرعة الفعالة لمرشحي علاج السرطان قبل التجارب السريرية. كما يُساعد في تحديد التأثيرات المضادة للسرطان للعلاجات الجديدة، وتحديد نطاق الجرعة الفعالة لكل دواء. بالإضافة إلى ذلك، يُسهّل النموذج تطوير استراتيجيات علاجية مُخصصة للسرطان، مع مراعاة الديناميكيات التطورية للورم لدى كل مريض أثناء العلاج.

اقتباس: "في الدراسة الحالية، سلطنا الضوء على دور اللدونة الظاهرية للخلايا السرطانية في تحسين القدرة على إدارة عبء الورم باستخدام جرعات دورية من العلاج التطوري"، كما قال الدكتور كيم يونجونج من مركز أبحاث معلومات المنتجات الطبيعية في المعهد الكوري للعلوم والتكنولوجيا.

وذكرت أيضًا خططًا لاستخدام النموذج الرياضي لتصميم الدراسات على الحيوانات والتجارب السريرية للأدوية المحتملة المضادة للسرطان والمشتقة من المنتجات الطبيعية، بهدف إنشاء أنظمة جرعات تسيطر بشكل فعال على عبء الورم.

ونشرت نتائج الدراسة في مجلة ScienceDirect.