进化疗法：利用数学建模治疗癌症的新策略

癌症治疗因耐药性的产生和复发的可能性而面临严峻挑战。耐药性可能源于癌细胞的永久性基因改变，也可能源于治疗引起的癌细胞行为的非基因改变。标准的癌症治疗通常涉及使用药物的最大耐受剂量来有效杀死对药物敏感的细胞。然而，这种方法通常会导致长期失败，因为当所有对药物敏感的细胞都被杀死时，耐药癌细胞会生长得更快。

一种名为“适应性疗法”的进化疗法，根据患者的个体反应，个性化调整治疗剂量或中断时间。适应性疗法的目标是维持足够数量的敏感细胞，以控制耐药细胞的生长。最近的研究和临床试验表明，适应性疗法比标准疗法更能有效地延缓耐药性的产生。

确定每位患者的剂量和治疗中断时间极具挑战性，因为癌症是一个复杂且不断发展的系统，且每位患者的情况都独一无二。数学模型有助于制定此类个性化治疗策略。事实上，目前已开发出多种数学模型来研究不同治疗策略对患者预后的影响。然而，现有的数学模型往往忽略了获得性耐药和癌细胞可塑性的影响。“获得性耐药”涵盖各种类型的耐药，这些耐药通常由基因改变引起。“细胞可塑性”是指癌细胞能够根据微环境的变化（例如治疗剂量的波动或治疗中断）改变其表型。

韩国科学技术院（KIST）天然产物信息研究中心金恩静博士（中心主任吴尚禄）领导的研究团队，为将肿瘤演化纳入考量的癌症治疗策略奠定了理论基础。他们开发了一个数学模型，通过考虑癌细胞耐药性的获得及其在治疗过程中改变表型行为（可塑性）的能力来预测肿瘤演化。通过对模型的分析，揭示了有效剂量窗口的存在条件，即能够将肿瘤体积维持在平衡点的剂量范围，在该平衡点上肿瘤体积保持不变且稳定。

对于某些具有可塑性的肿瘤，治疗中断有助于癌细胞恢复敏感性，并与其他敏感细胞协同作用，抑制耐药细胞的生长。研究团队提出了一种进化剂量疗法，该疗法以治疗中断、最小有效剂量和最大耐受剂量为周期进行治疗。治疗中断使可塑性癌细胞恢复敏感性，之后应用最小有效剂量控制肿瘤体积。然后应用最大耐受剂量进一步缩小肿瘤。该给药周期有效地将肿瘤体积控制在可控水平。将提出的策略应用于黑色素瘤患者的数值模拟进一步证实了这些发现。结果表明，进化剂量可以改变肿瘤动力学，将肿瘤大小维持在可接受的水平以下。

所开发的数学模型可以在临床试验前预测癌症治疗候选药物的有效剂量范围。它有助于确定新疗法的抗癌效果，并确定每种药物的有效剂量范围。此外，该模型还有助于制定个性化的癌症治疗策略，同时考虑到治疗期间每位患者的肿瘤演化动态。

引文：“在当前的研究中，我们强调了癌细胞表型可塑性在使用周期性剂量的进化治疗改善肿瘤负担可管理性方面的作用，”韩国科学技术研究院天然产物信息学研究中心的 Kim Yunjung 博士说。

她还提到计划利用数学模型设计源自天然产物的潜在抗癌药物的动物研究和临床试验，目标是建立有效控制肿瘤负担的给药方案。

该研究结果发表在ScienceDirect杂志上。