数学模型预测患者对适应性治疗的结果

前列腺癌是美国男性最常见的恶性肿瘤。它也是癌症相关死亡的第二大常见原因。尽管前列腺癌的治疗方法有所改进，但许多晚期患者最终会产生耐药性。莫菲特癌症中心进化治疗卓越中心的研究人员认为，基于进化原则的适应性治疗可能是一种有效的前列腺癌治疗方法，可以防止耐药性的发展和延长患者的生存期。

在今天发表的一篇文章中自然通讯该研究小组对模型和数据进行了进一步的研究，表明个体患者的神经功能发生了改变前列腺特异性抗原(PSA)的生物标志物可以预测早期治疗的结果，对后期治疗周期的适应性治疗。这些模型最终可用于根据肿瘤生长和生物标志物模式的变化设计患者特异性治疗。

患者前列腺癌癌症通常采用放射治疗或手术治疗，然后用最高耐受剂量的雄激素剥夺疗法(ADT)杀死尽可能多的癌细胞。虽然这种方法的最初反应通常是有效的，但最终患者会发展耐药性他们的肿瘤复发了。

研究作者Heiko Enderling博士说:“通过最大限度地选择耐药表型和消灭其他竞争种群，持续治疗实际上可能会加速耐药种群的出现——这是一种被称为竞争性释放的进化现象。”莫菲特综合肿瘤数学学系副主任。

Enderling和他的团队与杜克大学、北卡罗来纳大学和亚利桑那州立大学的科学家合作，认为与其使用连续的最大耐受剂量，一个更好的方法是使用间歇性剂量的适应性治疗。这种治疗策略是基于个体患者的生物标志物水平变化模式;根据患者特异性标志物和肿瘤动力学，治疗可能增加或减少，甚至暂时停止。

该研究的主要作者Renee Brady博士说:“充分利用间歇性前列腺癌治疗的潜力需要确定ADT耐药机制，预测个体反应，并确定潜在的高度患者特异性，临床可操作的触发暂停和恢复间歇性ADT周期。”莫菲特综合肿瘤数学学系博士后研究员。她补充说，这个看似艰巨的挑战可以通过数学建模的进步来克服。

以前的数学模型是基于各种不同的阻力机制，包括许多变量;然而，它们不能完全预测患者对间歇性ADT的反应和结果。莫菲特团队建立了一个不同的理论模型;他们假设前列腺癌干细胞导致了患者之间的肿瘤差异和治疗失败。他们设计了一个模型来模拟和预测间歇性ADT过程中三个因素的动态:前列腺癌细胞，分化癌症细胞生物标志物PSA。研究人员验证了他们的模型，证明干细胞与间歇性ADT耐药性高度相关。耐药的患者更有可能拥有自我更新率更高的干细胞，随后导致更高水平的前列腺癌在每个治疗周期中，干细胞和生物标志物PSA水平的变化。

研究人员将他们的模型与一项间歇性adt治疗研究的临床数据相结合，证明该模型预测患者耐药性的发展具有89%的准确性。此外，他们通过使用这个来证明这一点模型，他们可以预测哪些患者将受益于替代疗法。

这些结果证明了利用数学模型指导适应性治疗临床试验的可行性，并提供更个性化的治疗方案，以改善患者的预后。“这种从早期治疗周期中学习和预测后续反应的能力，增加了必要程度的个性化和灵活性癌症治疗方案。”恩德林说道。

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