Слияние математики и медицины может помочь повысить эффективность иммунотерапии, потенциально спасающих жизнь методов лечения, которые повышают способность собственной иммунной системы пациента атаковать раковые опухоли.
Создавая математические модели, которые представляют сложные взаимодействия в микросреде опухоли (TME) – немутантных клетках, соединительных тканях и кровеносных сосудах внутри злокачественной опухоли – исследователи из Массачусетской больницы общего профиля (MGH) и Гарвардской медицинской школы (HMS) могут предсказать как опухоли могут реагировать на иммунотерапию и как добавление других противораковых препаратов может привести к улучшению лечения. Кроме того, модели предполагают, что относительное состояние кровоснабжения опухоли может предсказать, как опухоль будет реагировать на иммунотерапию.
Их работа описана в Интернете в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Ингибиторы иммунных контрольных точек, такие как Кейтруда (пембролизумаб) и Опдиво (ниволумаб), значительно улучшили лечение более десятка злокачественных новообразований, включая немелкоклеточный рак легкого, рак почки и меланому, но даже при этих формах рака только небольшая часть пациентов получает пользу от эти иммунотерапии.
"По оценкам, 87% пациентов в настоящее время не получают долгосрочной пользы от монотерапии блокаторами иммунных контрольных точек. Следовательно, необходимы новые терапевтические стратегии для повышения скорости ответа у пациентов, устойчивых к подавлению иммунных контрольных точек," объясняет соавтор Ракеш К. Джайн, доктор философии.D., от Эдвина Л. Лаборатории Стила в отделении радиационной онкологии MGH и HMS.
Нарушение перфузии крови (кровоток через сосуды в тканях) является общей чертой многих типов опухолей, которая ограничивает способность лекарств достигать злокачественных клеток и приводит к гипоксии – аномально низкому уровню кислорода, который, в свою очередь, может привести к подавлению иммунная реакция. Чтобы решить эту проблему, Джейн и его коллеги использовали комбинацию методов вычислительной и системной биологии, чтобы разработать модель, чтобы определить, "нормализация" кровеносных сосудов и стромы (соединительной ткани) в TME может повысить эффективность иммунотерапии.
Хотя другие исследователи разработали математические модели системного уровня для прогнозирования ответа опухоли на ингибиторы иммунных контрольных точек, они впервые включают важные компоненты и взаимодействия клеток с TME, а также известные механизмы иммунного ответа, чтобы объяснить, как TME может отрицательно влиять на эффективность иммунотерапии и прогнозирование ответа опухоли на ингибиторы контрольных точек.
Важно отметить, что исследование также указывает на потенциальные стратегии нормализации TME для улучшения ответа на иммунотерапию. Например, нормализация стромы с помощью обычных препаратов для лечения высокого кровяного давления может улучшить лечение десмопластических опухолей, которые характеризуются плотными тканями и сжатыми, очень многочисленными, но дезорганизованными кровеносными сосудами. И наоборот, перфузия в опухолях с открытыми протекающими кровеносными сосудами может быть улучшена с помощью низких доз антиангиогенных препаратов, имеющихся в настоящее время на рынке, что позволяет улучшить доставку иммунотерапии к тканям-мишеням.
Триантафиллос Стилианопулос, Ph.D., соавтор-корреспондент Кипрского университета, добавляет: "Идентификация перфузии опухоли как ключа к эффективности иммунотерапии предполагает, что перфузия может служить биомаркером ответа на иммунотерапевтические агенты."