利用博弈论来引导癌症进化,然后消灭它

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  根据JAMA  

Oncology今天在线发表的一篇新文章,博弈论可用于识别当前癌症治疗方法中的潜在缺陷,并提出改善转移性癌症患者预后的新策略。该研究由数学家,进化生物学家和莫菲特癌症中心和马斯特里赫特大学的临床医师撰写,对传统癌症治疗的几十年标准提出了挑战:药物通常以最大耐受剂量(MTD)连续给药,直到肿瘤进展。

  该研究表明,通过将癌症治疗视为治疗医师和癌细胞之间的游戏,在MTD上连续施用相同的药物或药物未能利用医生所具有的关键优势。相反,作者鼓励肿瘤学家制定灵活的战略治疗计划。通过利用他/她对癌症进化动力学的了解,肿瘤学家可以不断调整药物和剂量,以延迟或预防因耐药性进化引起的癌症进展。每次调整后,肿瘤科医生都会更新有关癌症反应的信息。

  =由Robert A.  

Gatenby博士领导的莫菲特团队使用数学模型来研究癌症治疗,作为医生和癌细胞之间的游戏。在他们的研究中,研究人员证明,医生比他/她的肿瘤对手有两大优势。首先,医生是理性的,而癌细胞则不是。这意味着医生通过了解进化原理,可以提前计划并预测肿瘤细胞的反应。与所有进化的生物一样,癌症永远无法预测未来,因此特别容易受到医生治疗变化的影响。此外,医生具有始终“玩”的优点  

- 在医生进行治疗之前,癌细胞不能开始产生抗药性。这一系列动作意味着癌症治疗具有独特的游戏理论形式,称为“领导者 - 追随者”或“斯塔克尔伯格”游戏。 Von  

Stackelberg是德国数学家,他在20世纪中期广泛研究了游戏动态。他和其他几位游戏理论家的工作表明,Stackelberg的领导者通过使用第一步限制随后的肿瘤反应获得了实质性的优势。此外,领导者可以利用癌症的前瞻性来预测和控制其进化和脆弱性。

  “目前对转移性癌症的治疗,通过以最大耐受剂量重复给予相同的药物,可能会不经意地增加癌细胞发展有效的对抗措施的速度,然后重新生长,”莫菲特卓越中心联合主任Gatenby说。“现在,治疗通常只有在肿瘤进展时才会改变。通过使用这种策略,医生可以控制癌症。尽管几十年来,药物持续以最大剂量给药(直到肿瘤进展才停止)是转移癌的最佳博弈论策略。”

  “如果癌细胞群由相似的细胞组成,无法适应和快速进化,那么目前的最大耐受剂量方法才会成功,”Moffitt的进化生物学家Joel Brown博士说。  

“对于那些广泛转移的癌症,我们很少看到这种情况。我们可以而且必须预见,引导和利用癌细胞对我们疗法的进化反应。”

  该研究提出了标准治疗范式的变化,鼓励医生更好地利用他们的优势作为他们与癌症的高风险游戏中的有感知的领导者。他们可以通过不断调整治疗和迫使癌细胞不断改变他们对新药或药物组合的不可预测的攻击的反应来做到这一点。作者建议医生首先要精确定义治疗目标。是治愈病人还是延长生命?这使医生能够更好地平衡治疗的益处与潜在的毒性及其对患者生活质量的影响。在一项相关的建议中,作者建议治疗医生制定一项策略来处理对治疗有抵抗力的癌细胞。如果目标是治愈,那么必须杀死或预防抗性细胞。如果目标是控制,那么医生可以使用进化原理来最小化抗性细胞的增殖,同时限制治疗的毒性。最后,作为游戏中的有感知的玩家,医生可以基于每个治疗周期期间的肿瘤反应连续地分析肿瘤内进化动力学。这些信息通常借助于数学模型,可以提供信息以改善后续周期中的结果  

- 这是一种被称为贝尔曼原理的递归游戏中公认的方法。

  为了实施他们的理论研究,研究小组建议转移性癌症的精确医学。除了使用分子技术来确定治疗目标外,精准医学还应整合应对抗药性进化的策略,这几乎总是会导致甚至非常成功的靶向治疗失败。卫生团队应为每位患者设计明确的抵抗管理计划(RMP)  

-  

这是害虫管理中常用的方法。他们还建议医生分析每位患者的结果,类似于军事和灾难应对小组中使用的行动后报告(AAR)。通过向每个患者学习,个性化肿瘤学本身可以随着时间的推移而发展和改善。

  虽然这种方法是针对无法治愈的转移性癌症而设计的,但马斯特里赫特大学的数学家兼博弈论专家Katerina  

Stankova博士指出,Stackelberg游戏的全部动态尚未得到严格的探索。  

“随着我们与癌症疗法一起开发数学,我们期望我们的分析能够揭示新的游戏理论,进化策略,这些策略可能会增加治愈甚至侵袭性和异质性癌症的可能性,”Stankova补充道。

  该研究得到了欧盟的Horizon 2020研究和创新计划,James S.  

McDonnell基金会资助,V基金会资助和美国国立卫生研究院/国家癌症研究所的支持。


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