佛羅里達(dá)州坦帕市——放射治療是最常用的抗癌療法之一。然而，盡管放射治療具有長(zhǎng)期和廣泛的用途，但它更傾向于一種適用于所有治療的方法，而很少考慮個(gè)體患者腫瘤的生物學(xué)特性。莫菲特癌癥中心的研究人員正試圖通過(guò)計(jì)算機(jī)建模來(lái)改善放射治療的個(gè)性化。在Neoplasia雜志上發(fā)表的一項(xiàng)新研究中，他們模擬了癌細(xì)胞和免疫細(xì)胞之間的相互作用以及它們對(duì)輻射的后續(xù)反應(yīng)如何影響腫瘤。他們提出他們的模型可能有助于預(yù)測(cè)患者對(duì)放射治療的反應(yīng)。
癌癥患者對(duì)放射治療的反應(yīng)取決于他們所患的腫瘤類型以及個(gè)體遺傳因素。此外，腫瘤包含多種不同的免疫細(xì)胞、血管網(wǎng)絡(luò)和周圍組織結(jié)構(gòu)，它們極大地影響了治療反應(yīng)。例如，大量抑制免疫細(xì)胞的存在允許腫瘤細(xì)胞逃避細(xì)胞死亡，而大量免疫效應(yīng)細(xì)胞可以促進(jìn)癌細(xì)胞死亡。許多新興療法正試圖通過(guò)增強(qiáng)免疫效應(yīng)細(xì)胞的作用來(lái)改善放射治療;然而，鑒于輻射劑量、時(shí)間表和時(shí)間安排范圍廣泛，很難確定最佳的臨床方法。
Moffitt 研究人員決定利用數(shù)學(xué)建模的進(jìn)步來(lái)提高他們對(duì)細(xì)胞對(duì)放射治療反應(yīng)的理解。他們開(kāi)發(fā)了一個(gè)計(jì)算機(jī)模型來(lái)研究腫瘤免疫環(huán)境與腫瘤對(duì)放療反應(yīng)之間的關(guān)系，無(wú)論是否存在特定的患者因素。在他們的模型中，他們包括了細(xì)胞增殖、遷移、細(xì)胞死亡、免疫細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、細(xì)胞間相互作用和輻射的細(xì)胞毒性影響等因素。
從他們的模型中，研究小組發(fā)現(xiàn)，根據(jù)存在的免疫效應(yīng)細(xì)胞和抑制細(xì)胞的數(shù)量，腫瘤細(xì)胞要么逃避免疫捕食，要么被免疫系統(tǒng)消滅。他們分析了來(lái)自 31 種腫瘤類型的 10,469 名患者的樣本，并能夠估計(jì)每個(gè)腫瘤中的腫瘤、免疫效應(yīng)細(xì)胞和免疫抑制細(xì)胞數(shù)量。他們將這些結(jié)果映射到他們的模型中，以揭示放射治療有可能將免疫環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)橹С帜[瘤根除的環(huán)境，而其他沒(méi)有經(jīng)歷這種轉(zhuǎn)變的腫瘤可能會(huì)重新生長(zhǎng)。研究人員將預(yù)測(cè)這些輻射引起的轉(zhuǎn)變的因素結(jié)合到個(gè)人輻射免疫評(píng)分 (iRIS) 中。
然后，研究人員使用他們的模型分析了接受放射治療的非小細(xì)胞肺癌 (NSCLC) 患者的數(shù)據(jù)，并證明 iRIS 評(píng)分與腫瘤對(duì)放射治療的反應(yīng)和患者的總體存活率相關(guān)。他們發(fā)現(xiàn)，將 iRIS 值與第二個(gè)生物標(biāo)志物相結(jié)合，該生物標(biāo)志物可以評(píng)估稱為放射敏感性指數(shù) (RSI) 的腫瘤放射敏感性，將患者對(duì)放射治療的反應(yīng)分層，低 RSI 和低 iRIS 分?jǐn)?shù)與增強(qiáng)的放射治愈性相關(guān)。
有了這個(gè)模型，就可以模擬個(gè)體患者對(duì)輻射的反應(yīng)，并預(yù)測(cè)在有或沒(méi)有免疫靶向劑幫助的情況下實(shí)現(xiàn)腫瘤控制所需的最小輻射劑量。使用他們的模型，預(yù)計(jì)大約一半的 NSCLC 患者可以在較低的輻射劑量下獲得持久的腫瘤控制，而 40% 的患者需要更高的輻射劑量。
“基于代理的模型模擬預(yù)測(cè)，一些患者可能需要增加放射劑量或與免疫療法聯(lián)合治療，而其他患者可能需要大幅降低劑量以利用有利的免疫環(huán)境，”高級(jí)研究作者、副成員Heiko Enderling博士說(shuō)所述的集成數(shù)學(xué)腫瘤科在莫菲特“這跨學(xué)科的方法是朝向內(nèi)在分子放射敏感性和輻射響應(yīng)的癌細(xì)胞免疫外在環(huán)境調(diào)制單元的貢獻(xiàn)的概念理解的第一步。”
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