在骨環(huán)境中活躍的前列腺癌細胞能夠破壞骨重塑過程，促進“廣泛骨破壞--骨形成--為前列腺癌細胞成長提供營養(yǎng)”模式的惡性循環(huán)。為了模仿這個復雜的生物學過程，研究者通過整合生物學和計算方法來構(gòu)建一個正常骨基質(zhì)內(nèi)穩(wěn)態(tài)和前列腺癌骨微環(huán)境的混合細胞自動模型。計算模型可能預(yù)測治療對癌細胞和正常骨細胞的影響，進而用于前列腺癌患者的個體化治療。這項由Araujo等開展的研究發(fā)表于《Cancer Research》雜志。

為了開展計算模型，研究者創(chuàng)新性模擬了前列腺癌骨轉(zhuǎn)移中的不同細胞系，包括兩種類型的骨細胞(成骨細胞和破骨細胞)和前列腺癌細胞。然后，他們建立運算法則來模擬這些細胞自身的內(nèi)在聯(lián)系以及與微環(huán)境中其他骨轉(zhuǎn)移相關(guān)因素的關(guān)系，包括蛋白轉(zhuǎn)移生長因子β(TGF-beta)和破骨細胞分化因子(RANKL)。

研究發(fā)現(xiàn)

當研究者將一個簡單的轉(zhuǎn)移性前列腺癌細胞輸入該模型，其中25次約有7次能精確的創(chuàng)建這種惡性循環(huán)。此外隨著計算模型的發(fā)展，研究者可以將前列腺癌細胞種植到裸鼠體內(nèi)并造成骨轉(zhuǎn)移。它們發(fā)現(xiàn)通過與仿真模型中裸鼠腫瘤生長速率的比較，計算模型能夠預(yù)測腫瘤的生長速率。

預(yù)測療效

為了檢測是否計算模型能夠預(yù)測療效，研究者應(yīng)用兩種標準化的治療方案，分別是雙磷酸鹽和一種抗RANKL治療。研究者發(fā)現(xiàn)抗RANKL治療優(yōu)于雙磷酸鹽。在療效達到100%時，雙磷酸鹽雖然能夠抑制腫瘤進展，但在模型中與人類臨床觀察相比，抗RANKL治療可以完全根除轉(zhuǎn)移。降低抗RANKL治療的療效在臨床上能夠產(chǎn)生相似的結(jié)果，暗示計算模型骨架可能由于前列腺癌骨轉(zhuǎn)移患者常規(guī)治療的快速評估和藥物的準確應(yīng)用而被改變。

美國佛羅里達州坦帕市Lee Moffitt 腫瘤中心綜合數(shù)學腫瘤學部的博士后研究員 Arturo Araujo說：“應(yīng)用數(shù)學整合大量生物學數(shù)據(jù)，我們開始發(fā)展有效的工具來對誘導前列腺癌骨轉(zhuǎn)移的因素進行快速評估。最后，我們覺得基于輸入每例前列腺癌患者的活檢信息來制定這些模型，將有助于幫助醫(yī)生做出最佳治療決策，因此可能使患者生存期和生活質(zhì)量獲得明顯改善。” (編譯 郭放 審校 謝曉冬)