進化療法: 数学的モデリングを使用した新しい癌治療戦略

がんは、耐性の発現と再発の可能性により、大きな課題を呈しています。耐性は、がん細胞の永久的な遺伝子変化、または治療によって引き起こされるがん細胞の行動の非遺伝子変化により発生する可能性があります。標準的ながん治療では、通常、薬剤の最大耐用量を使用して、薬剤感受性細胞を効果的に殺します。ただし、薬剤感受性細胞がすべて破壊されると、薬剤耐性がん細胞の成長が速くなる可能性があるため、このアプローチは長期的には失敗することがよくあります。

適応療法と呼ばれる進化的治療アプローチでは、患者の個々の反応に基づいて治療の投与量または中断をカスタマイズします。適応療法の目標は、耐性細胞の増殖を制御するために十分な数の感受性細胞を維持することです。最近の研究と臨床試験では、適応療法は標準治療よりも効果的に耐性の発現を遅らせることができることが示されています。

がんは複雑で進化するシステムであり、患者はそれぞれ異なるため、各患者の投与量と治療間隔を決定するのは困難です。数学モデルは、このような個別化された治療戦略の開発に役立ちます。実際、さまざまな治療戦略が患者の転帰に与える影響を研究するために、いくつかの数学モデルが開発されています。ただし、既存の数学モデルでは、がん細胞の獲得耐性と可塑性の影響が無視されることがよくあります。「獲得耐性」は、多くの場合、遺伝的変化によって生じるさまざまな種類の耐性をカバーします。「細胞の可塑性」とは、治療量の変動や治療の中止など、微小環境の変化に応じてがん細胞が表現型を変える能力を指します。

韓国科学技術研究院（KIST、所長：オ・サンロク）の天然物情報科学研究センターのユンジョン・キム博士が率いる研究チームは、腫瘍の進化を考慮したがん治療戦略の理論的枠組みを開発しました。彼らは、がん細胞による耐性の獲得と、治療中に表現型の挙動を変える能力 (可塑性) を考慮した、腫瘍の進化を予測する数学モデルを開発しました。このモデルの分析により、有効な投与ウィンドウが存在する条件が明らかになりました。これは、腫瘍の体積が一定かつ安定した平衡点に維持できる投与量の範囲です。

可塑性を持つ一部の腫瘍では、治療を中断すると、感受性の高い他の細胞と協力して耐性細胞の増殖を抑制することで、がん細胞が再び反応するようになります。研究チームは、治療中断、最小有効投与量、最大耐量からなるサイクルで治療を行う進化的投与療法を提案しました。治療を中断すると、可塑性がん細胞が感覚を取り戻し、その後、最小有効投与量を適用して腫瘍の体積を制御します。次に、最大耐量を適用して腫瘍のサイズをさらに縮小します。この投与サイクルにより、腫瘍の体積を管理可能なレベルで効果的に制御できます。メラノーマ患者に適用された提案された戦略の数値シミュレーションは、これらの発見をさらに示しています。結果は、進化的投与によって腫瘍のダイナミクスを方向転換し、腫瘍サイズを許容レベル以下に抑えることができることを示しています。

開発された数学モデルは、臨床試験の前に癌治療候補の有効投与量範囲を予測できます。新しい治療法の抗癌効果を判断し、各薬剤の有効投与量範囲を特定するのに役立ちます。さらに、このモデルは、治療中の各患者の腫瘍の進化ダイナミクスを考慮することで、個別化されたがん治療戦略の開発を促進します。

引用：「現在の研究では、進化的治療の周期的な投与を通じて腫瘍負荷の制御性を向上させる上でのがん細胞の表現型の可塑性の役割を強調しました」と、韓国科学技術研究院の天然物情報科学研究センターのキム・ヨンジョン博士は述べています。

彼女はまた、腫瘍負荷を効果的に制御する投与レジメンを確立することを目指して、数学モデルを使用して実験動物研究と天然物由来の潜在的な抗がん剤の臨床試験を設計する計画についても言及しました。

研究結果は、ScienceDirectに掲載されました。