Исследовательская группа при поддержке Национального фонда исследований рака (NFCR) создала уникальную компьютерную программу. Она симулирует поведение раковых клеток, позволяя ученым в виртуальном пространстве наблюдать за ростом опухоли, реакцией иммунной системы и результатами различных методов лечения.

Работа, опубликованная в журнале Cell, объединила данные геномики и передовые вычислительные модели. Это помогает предсказать, как раковые и иммунные клетки взаимодействуют и меняются. У ученых появился мощный цифровой инструмент. С его помощью они могут исследовать варианты терапии параллельно с лабораторными экспериментами и клиническими испытаниями — без затрат и риска для пациентов.

Исследование возглавили два ученых, чьи команды сотрудничают при поддержке NFCR: доктор Лиза М. Кассенс из Орегонского университета здоровья и науки, эксперт в иммунологии опухолей, и доктор Элана Дж. Фертиг из Медицинской школы Университета Мэриленда, специалист по математическому моделированию и геномике. Доктор Кассенс предоставила детальные «карты» опухолевой среды на уровне отдельных клеток, а команда доктора Фертиг построила симуляции, чтобы проверить, как опухоли в моделях могут реагировать на разные сценарии лечения.

Это дает нам новый, компьютерный подход к изучению сложной динамики рака, — говорит доктор Фертиг. — Похоже на модель для прогноза погоды, только для биологии опухоли.

В проекте участвовали ученые из Индианского университета, Университета Джонса Хопкинса, OHSU и UMSOM.

Особого внимания заслуживает «грамматика гипотез», разработанная командой доктора Пола Маклина в Индианском университете. Она переводит биологические теории на язык компьютерной логики.

Рак груди печально известен своей сложностью в лечении, — отмечает доктор Кассенс. — Моделируя, как иммунные клетки, например макрофаги, влияют на рост опухоли, мы можем лучше предсказать, какие комбинации терапии окажутся наиболее эффективными.

Доктор Суцзюань Ба, президент и главный исполнительный директор NFCR, высоко оценила междисциплинарность работы:

Этот проект отражает нашу миссию — объединять ученых из разных областей для ускорения поиска новых методов лечения. Компьютерное моделирование стало мощным дополнением к инструментарию исследователей рака.

Реальная польза этого исследования носит стратегический и экономический характер. Оно позволяет проводить дешевые и безопасные «пристрелочные» эксперименты в цифре, прежде чем тратить ресурсы на дорогие лабораторные исследования или рисковать здоровьем пациентов в клинических испытаниях. Ученые смогут быстро отбраковывать заведомо провальные комбинации терапий и фокусироваться на самых перспективных. Для сложных случаев, вроде резистентных опухолей, это шанс смоделировать персонализированный подход, подобрав терапию под уникальную генетику и микроокружение конкретной опухоли. В долгосрочной перспективе это может значительно сократить время и стоимость разработки новых лекарств.

Главный вопрос к таким исследованиям — точность и упрощение реальности. Модель строится на имеющихся данных и наших текущих, неполных знаниях о биологии рака. Если в нее не заложены какие-то ключевые, еще неизвестные науке механизмы взаимодействия клеток, то прогнозы могут быть обманчиво оптимистичными или пессимистичными. Виртуальная симуляция, какой бы сложной она ни была, всегда остается упрощенным отражением хаотичной и невероятно сложной реальности живой биологической системы. Успех полностью зависит от качества и объема входных данных.

Ранее ученые остановили метастазы рака с помощью новой терапии.