Доктор Роберт Ноубл, преподаватель математики в Школе математики, компьютерных наук и инженерии (SMCSE), считает, что характеристика пути, способа или модели эволюции опухолей важна для клинического прогнозирования и оптимизации лечения рака.
Доктор Ноубл и его коллеги из исследовательской группы профессора Нико Беренвинкеля в Швейцарской высшей технической школе Цюриха опубликовали новое исследование в журнале Nature Ecology & Evolution , в котором впервые систематически изучается влияние пространственной структуры на эволюцию опухоли.
Для этого группа разработала вычислительную модель с возможностью моделирования альтернативных пространственных структур и типов рассредоточения клеток. Затем они провели тысячи симуляций с различными структурами и значениями параметров и сравнили результаты с последними современными данными секвенирования ДНК реальных опухолей человека.
Команда обнаружила, что разнообразные пространственные структуры опухолей человека могут привести к тому, что они будут развиваться совершенно по-разному. Прогнозы компьютерной модели согласуются с клиническими данными для типов рака с соответствующей структурой.
Доктор Ноубл говорит, что одна из основных проблем в исследовании рака «состоит в том, чтобы сделать вывод о свойствах опухоли на основе ограниченной генетической информации. Чтобы понять эту проблему, рассмотрим аналогию со спортом. В головной игре команда А забивала в два раза чаще, чем команда Б. Можете ли вы определить, насколько команда А лучше команды Б, чтобы вы могли предсказать результаты будущих соревнований?»
«Один из способов ответить на этот вопрос — использовать компьютерную модель, в которой каждой команде назначается вероятность того, что она забьет при каждой попытке. напоминают фактический результат игры. Хотя вы никогда не можете быть уверены, каковы истинные вероятности, вы, по крайней мере, можете найти их наиболее вероятные диапазоны».
Однако знать соотношение итоговых баллов недостаточно. Например, в результативном баскетболе маловероятно, что одна команда наберет в два раза больше очков, чем их противники, если только они не значительно превосходят ее. В футболе, напротив, нет ничего необычного в том, что лучшая команда проигрывает со счетом 2:1 из-за невезения. Чтобы делать точные выводы, нужно знать правила игры.
Как спортивные команды соревнуются за очки, так и группы близкородственных клеток, известные как клоны, соревнуются внутри опухолей за пространство и ресурсы, необходимые им для выживания и размножения. Онкологи используют генетическое секвенирование для определения относительных размеров этих клонов, когда пациент приходит в клинику. Если один клон больше другого, это может быть связано с тем, что его клетки имеют так называемые «драйверные» мутации, которые заставляют их размножаться быстрее.
Но влияние мутаций на развитие опухоли зависит от того, как клетки взаимодействуют друг с другом, что определяется пространственной структурой опухоли. Подобно тому, как коронавирус распространяется медленнее, когда люди остаются дома и избегают смешивания, так и драйверные мутации распространяются медленнее в опухолях, если клетки ограничены небольшими участками с редкими перемещениями между участками. В этой игре тоже важны правила.
Доктор Ноубл говорит, что открытия, сделанные в недавней исследовательской работе, «имеют важное значение для интерпретации генетических данных рака».
