Terapi evolusi: strategi pengobatan kanker baru menggunakan pemodelan matematika

Kanker menghadirkan tantangan yang signifikan karena perkembangan resistensi dan kemungkinan kambuh. Resistensi dapat terjadi karena perubahan genetik permanen pada sel kanker atau perubahan nongenetik pada perilaku sel kanker yang disebabkan oleh pengobatan. Pengobatan kanker standar biasanya melibatkan penggunaan dosis obat maksimum yang dapat ditoleransi untuk membunuh sel yang sensitif terhadap obat secara efektif. Namun, pendekatan ini sering kali gagal dalam jangka panjang karena sel kanker yang resistan terhadap obat dapat tumbuh lebih cepat ketika semua sel yang sensitif terhadap obat dihancurkan.

Pendekatan pengobatan evolusioner yang disebut terapi adaptif mempersonalisasi dosis pengobatan atau jeda berdasarkan respons individu pasien. Tujuan terapi adaptif adalah untuk mempertahankan jumlah sel sensitif yang cukup untuk mengendalikan pertumbuhan sel yang resistan. Studi dan uji klinis terkini telah menunjukkan bahwa terapi adaptif dapat menunda perkembangan resistensi lebih efektif daripada pengobatan standar.

Menentukan dosis dan interval pengobatan untuk setiap pasien merupakan tantangan karena kanker merupakan sistem yang kompleks dan terus berkembang, dan setiap pasien bersifat unik. Model matematika dapat membantu mengembangkan strategi pengobatan yang dipersonalisasi. Faktanya, beberapa model matematika telah dikembangkan untuk mempelajari dampak berbagai strategi pengobatan terhadap hasil akhir pasien. Akan tetapi, model matematika yang ada sering kali mengabaikan pengaruh resistensi yang didapat dan plastisitas sel kanker. 'Resistensi yang didapat' mencakup berbagai jenis resistensi yang muncul, sering kali karena perubahan genetik. 'Plastisitas sel' mengacu pada kemampuan sel kanker untuk mengubah fenotipenya sebagai respons terhadap perubahan lingkungan mikronya, seperti fluktuasi dosis pengobatan atau penghentian pengobatan.

Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Dr. Yunjung Kim dari Pusat Penelitian Informatika Produk Alami di Institut Sains dan Teknologi Korea (KIST, direktur Oh Sangrok) telah mengembangkan kerangka kerja teoritis untuk strategi pengobatan kanker yang memperhitungkan evolusi tumor. Mereka mengembangkan model matematika untuk memprediksi evolusi tumor, dengan mempertimbangkan perolehan resistensi oleh sel kanker dan kemampuan mereka untuk mengubah perilaku fenotipik (plastisitas) selama pengobatan. Analisis model mereka mengungkapkan kondisi untuk keberadaan jendela dosis efektif, rentang dosis yang dapat mempertahankan volume tumor pada titik keseimbangan di mana volume tumor tetap konstan dan stabil.

Untuk beberapa tumor dengan plastisitas, jeda dalam pengobatan membantu sel kanker menjadi responsif lagi dengan bekerja sama dengan sel sensitif lainnya untuk menekan pertumbuhan sel resistan. Tim peneliti mengusulkan terapi dosis evolusioner, yang melibatkan pengobatan dalam siklus yang terdiri dari jeda pengobatan, dosis efektif minimum, dan dosis toleransi maksimum. Penghentian pengobatan memungkinkan sel kanker plastik untuk mendapatkan kembali sensasi, setelah itu dosis efektif minimum diterapkan untuk mengendalikan volume tumor. Dosis toleransi maksimum kemudian diberikan untuk lebih mengurangi ukuran tumor. Siklus pemberian dosis ini secara efektif mengendalikan volume tumor pada tingkat yang dapat dikelola. Simulasi numerik dari strategi yang diusulkan yang diterapkan pada pasien melanoma lebih lanjut menggambarkan temuan ini. Hasilnya menunjukkan bahwa dosis evolusioner dapat mengarahkan kembali dinamika tumor, menjaga ukuran tumor di bawah tingkat yang dapat diterima.

Model matematika yang dikembangkan dapat memprediksi kisaran dosis efektif kandidat pengobatan kanker sebelum uji klinis. Model ini dapat membantu menentukan efek antikanker dari pengobatan baru dan mengidentifikasi kisaran dosis efektif untuk setiap obat. Selain itu, model tersebut memfasilitasi pengembangan strategi perawatan kanker yang dipersonalisasi dengan mempertimbangkan dinamika evolusi tumor setiap pasien selama perawatan.

Kutipan: “Dalam penelitian saat ini, kami menyoroti peran plastisitas fenotipik sel kanker dalam meningkatkan pengendalian beban tumor melalui dosis siklus perawatan evolusi,” kata Dr. Kim Youngjung dari Pusat Penelitian Informatika Produk Alami di Institut Sains dan Teknologi Korea.

Ia juga menyebutkan rencana untuk menggunakan model matematika guna merancang studi hewan percobaan dan uji klinis obat antikanker potensial yang berasal dari produk alami, dengan tujuan menetapkan rejimen dosis yang secara efektif mengendalikan beban tumor.

Hasil penelitian dipublikasikan di ScienceDirect.