Uso de las matemáticas para probar nuevos enfoques para la terapia contra el cáncer

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La terapia contra el cáncer generalmente se aplica a la dosis más alta que un paciente puede tolerar. Aunque este enfoque logra reducir los tumores, a menudo falla a largo plazo porque una minoría de las células cancerosas son resistentes al tratamiento. Estas células se expanden rápidamente para llenar el espacio dejado por las células que fueron destruidas. El nuevo crecimiento del cáncer ha sido frecuentemente fatal.

Recientemente, los oncólogos matemáticos han propuesto un enfoque radicalmente nuevo para abordar este problema basado en principios evolutivos. Conocida como terapia de contención o adaptativa, esta estrategia aún no probada tiene como objetivo prevenir o retrasar el fracaso del tratamiento del cáncer al explotar la competencia entre las células resistentes y sensibles a los medicamentos. Utiliza dosis relativamente bajas y tiene los beneficios potenciales adicionales de reducir los efectos secundarios y mejorar la calidad de vida.

Restricciones espaciales dentro de los tumores

Dr. Robert Noble, profesor del Departamento de Matemáticas de City, comenzó a trabajar en la terapia adaptativa en colaboración con biólogos de células cancerosas cuando era estudiante de posdoctorado en Montpellier, Francia:

«Validamos el concepto usando una combinación de biología , modelos computacionales y matemáticos. En particular, mostramos cómo se pueden explotar las limitaciones espaciales dentro de los tumores para suprimir la resistencia a la terapia dirigida».

Poco después de que se publicara ese estudio hace tres años, el Dr. Noble asistió a un taller en el Centro Lorentz en Leiden sobre el tema de la comprensión del cáncer a través de la teoría de juegos evolutiva. Allí, no solo conoció a su futuro colega de la City, el profesor Mark Broom, sino también al Dr. Yannick Viossat, un matemático de la Universidad Paris-Dauphine que recientemente se había interesado en modelar el tratamiento del cáncer.

Como el Dr. Noble , al Dr. Viossat le preocupaba que la comprensión matemática existente de la terapia adaptativa fuera inadecuada. Como cada estudio utilizó un modelo diferente, un conjunto de suposiciones o valores de parámetros, fue difícil obtener información general. La pareja de académicos decidió colaborar para establecer una teoría matemática más rigurosa sobre la contención de tumores, unificando los diversos modelos que se habían propuesto previamente.

Con el apoyo de una pequeña subvención de la Fondation Mathmatiques Jacques Hadamard, el Dr. Noble y El Dr. Viossat trabajó juntos durante tres años, reuniéndose ocasionalmente en París o en Basilea, donde el Dr. Noble estaba realizando su segundo posdoctorado.

Usando análisis matemáticos y simulaciones numéricas, establecieron las condiciones generales bajo las cuales un Se espera que la estrategia de contención controle la carga tumoral de forma más eficaz que aplicando la dosis máxima tolerada. Es importante destacar que también identificaron las condiciones en las que la contención podría no superar el estándar de atención. Su estudio fue aceptado recientemente para su publicación; una versión anterior está disponible como preimpresión.

Régimen de tratamiento óptimo

Como el interés en la terapia adaptativa está creciendo rápidamente, el Dr. Noble y el Dr. Viossat decidieron organizar un taller para modeladores matemáticos como en el que se conocieron en Leidento examinan el estado del arte, discuten direcciones futuras y fomentan colaboraciones. Celebraron el evento de cuatro días en línea en diciembre, con coorganizadores de EE. UU. y Corea del Sur. El evento virtual contó con la asistencia de cien personas que participaron en más de una veintena de charlas, interactuando a través de la plataforma de encuentro virtual Sococo. Debido al éxito de este taller, se convertirá en un evento anual.

Habiendo comenzado como profesor en City en julio de 2020, el Dr. Noble planea continuar desarrollando modelos matemáticos para mejorar el tratamiento del cáncer. Su objetivo a largo plazo es diseñar regímenes de tratamiento óptimos para cada tipo de tumor y, en última instancia, para cada paciente.

A partir de este verano, esta red proporcionará 15 Ph.D. estudiantes con la formación necesaria para ampliar y avanzar aún más en el campo de la teoría de juegos evolutiva. EvoGamesPlus se centrará en dos aplicaciones: el modelado epidemiológico y el modelado del cáncer y su tratamiento.

«Espero ayudar a estos estudiantes a liderar el camino hacia estrategias clínicas más efectivas basadas en conocimientos matemáticos y evolutivos».

Explore más

La terapia adaptativa basada en los principios evolutivos de Darwin podría ayudar a combatir el cáncer Más información: Katarina Bacevic et al. La competencia espacial limita la resistencia a la terapia dirigida contra el cáncer, Nature Communications (2017). DOI: 10.1038/s41467-017-01516-1

Robert A. Gatenby. Un cambio de estrategia en la guerra contra el cáncer, Nature (2009). DOI: 10.1038/459508a

Yannick Viossat et al. La lógica de contener los tumores, bioRxiv (2020). DOI: 10.1101/2020.01.22.915355 Información de la revista: Nature Communications , Nature