在骨環(huán)境中活躍的前列腺癌細(xì)胞能夠破壞骨重塑過(guò)程，促進(jìn)“廣泛骨破壞--骨形成--為前列腺癌細(xì)胞成長(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng)”模式的惡性循環(huán)。為了模仿這個(gè)復(fù)雜的生物學(xué)過(guò)程，研究者通過(guò)整合生物學(xué)和計(jì)算方法來(lái)構(gòu)建一個(gè)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(xì)胞自動(dòng)模型。計(jì)算模型可能預(yù)測(cè)治療對(duì)癌細(xì)胞和正常骨細(xì)胞的影響，進(jìn)而用于前列腺癌患者的個(gè)體化治療。這項(xiàng)由Araujo等開(kāi)展的研究發(fā)表于《Cancer Research》雜志。

為了開(kāi)展計(jì)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(xì)胞系，包括兩種類型的骨細(xì)胞(成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞)和前列腺癌細(xì)胞。然后，他們建立運(yùn)算法則來(lái)模擬這些細(xì)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(zhǎng)因子β(TGF-beta)和破骨細(xì)胞分化因子(RANKL)。

研究發(fā)現(xiàn)

當(dāng)研究者將一個(gè)簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)移性前列腺癌細(xì)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(jì)算模型的發(fā)展，研究者可以將前列腺癌細(xì)胞種植到裸鼠體內(nèi)并造成骨轉(zhuǎn)移。它們發(fā)現(xiàn)通過(guò)與仿真模型中裸鼠腫瘤生長(zhǎng)速率的比較，計(jì)算模型能夠預(yù)測(cè)腫瘤的生長(zhǎng)速率。

預(yù)測(cè)療效

為了檢測(cè)是否計(jì)算模型能夠預(yù)測(cè)療效，研究者應(yīng)用兩種標(biāo)準(zhǔn)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(dá)到100%時(shí)，雙磷酸鹽雖然能夠抑制腫瘤進(jìn)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(jì)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(píng)估和藥物的準(zhǔn)確應(yīng)用而被改變。

美國(guó)佛羅里達(dá)州坦帕市Lee Moffitt 腫瘤中心綜合數(shù)學(xué)腫瘤學(xué)部的博士后研究員 Arturo Araujo說(shuō)：“應(yīng)用數(shù)學(xué)整合大量生物學(xué)數(shù)據(jù)，我們開(kāi)始發(fā)展有效的工具來(lái)對(duì)誘導(dǎo)前列腺癌骨轉(zhuǎn)移的因素進(jìn)行快速評(píng)估。最后，我們覺(jué)得基于輸入每例前列腺癌患者的活檢信息來(lái)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)