Раковые клетки разрушают тело больного человека.
Но не все знают, они еще и воюют друг с другом. Может ли этот факт быть использован в терапии?
Математики из Американского Корнельского университета решили проверить его с помощью теории игр. Результаты их исследований показывают, что правильный контроль над этим соперничеством может позволить достичь такого же эффекта, как и от химиотерапии, но с меньшими затратами.
Помимо наиболее эффективного лечения рака, но и чрезвычайно изнурительного для организма, ученые исследуют и внедряют различные другие терапии, которые чаще всего поддерживают и реже заменяют химиотерапию.
Одним из них является приемная иммунотерапия, которая основана на предположении, что организм имеет правильный инструмент, чтобы избавиться от нежелательных клеток иммунной системы, он только должен быть правильно направлен, чтобы использовать эти инструменты в правильном направлении.
Поэтому это естественная, т.е. собственная реакция организма, которая соответствующим образом стимулируется различными внешними факторами. Этот вид терапии не только исследован, но и применен и опробован на пациентах.
Однако оказывается, что его алгоритм и правильное управление очень сложны. Исследователи из Корнельского университета предложили теорию математических игр в качестве вспомогательного инструмента.
- Теория игр предоставляет модели поведения многих людей, иллюстрирует как действия в мире экономики, так и системы биологических реакций.
Так почему бы не попытаться создать модель взаимодействия между различными типами раковых клеток, которые конкурируют друг с другом за ту, которая лучше воспроизводится при раке", - говорит Алексей Владимирский, профессор математики в Колледже искусств и наук Корнельского университета и соавтор (старший автор) последней публикации о таком исследовании. - Однако для того, чтобы эффективно влиять на отношения между раковыми клетками, мы должны сначала очень хорошо понять, о чем эти отношения.
Профессор Владимирский и его аспирант, а также главный автор публикации Марк Глузман для развития этой проблемы использовали теорию эволюционных игр, т.е. теорию игр, адаптированную к развитию живых организмов, описанных в теории эволюции.
Чтобы применить эту теорию к лечению рака, они наладили сотрудничество с онкологом из университетской клиники Джейкобом Скоттом, который предоставил целый ряд потенциальных случаев для анализа и знаний о том, как функционируют и сосуществуют различные раковые клетки.
На этой основе исследователи совместно разработали модель взаимодействия трех субпопуляций рака легких, которые отличаются друг от друга в силу своего соотношения с кислородом.
Их исследования показали, что теория игр может быть особой поддержкой, когда при раке сосуществуют три типа клеток. Гликолитические клетки (GLY) являются анаэробными, т.е. в целом им не требуется кислород для функционирования. В то время как "сосудистые избыточники" (СОЗ) и "беглецы" DEFs (Дефекторы) требуют кислород для жизни, но только VOP-клетки готовы тратить энергию на производство белков для увеличения количества кислорода в клетках. Как оказалось, эти клетки действуют друг против друга, конкурируя и уничтожая друг друга.
Подобную реакцию профессор Владимирский сравнивает с игрой в бумагу, камень и ножницы, в которую играют миллионы людей друг против друга. Когда большинство игроков выбирают "камень", все больше и больше игроков начинают выбирать "бумагу", а это в свою очередь приводит к тому, что количество людей, которые выбирают "ножницы" будет увеличиваться.
- Таким образом, у нас есть три популяции и три стратегии раковых клеток, которые естественным образом колеблются в конкуренции друг с другом. Вводить правильные препараты в этом случае - все равно, что временно менять правила во время игры", - объясняет профессор Владимирский.
- Естественно, возникает вопрос о том, как изменить правила для достижения наших целей при минимальных затратах, т.е. как добиться быстрого выздоровления, не набивая пациента максимальной дозой лекарств? Благодаря нашим расчетам мы смогли разработать "карту", которая показывает, что и когда использовать при лечении.
В современной клинической практике больные раком, лечащиеся химиотерапией, обычно получают самую высокую дозу лекарств, которую может выдержать их организм. Побочные эффекты такой терапии могут быть разрушительными для организма. Кроме того, преувеличенное использование химических препаратов может сделать часть клеток, которые выживают, невосприимчивыми к химии, что приведет к еще большим сложностям в будущем. Результаты исследований по внедрению эволюционной теории игр показывают, что при правильном применении "приемная" терапия может привести к положительному эффекту при значительно сниженном количестве химиотерапии.
Конечно, это будет возможно только в том случае, если математическая модель переживет испытание реальностью, что намного сложнее, чем теоретические расчеты. Авторы понимают, что их работа - это начало всего исследовательского цикла, а не готовое решение.