진화치료: 수학적 모델링을 활용한 새로운 암 치료 전략

암은 저항력 발달과 재발 가능성으로 인해 심각한 문제를 안고 있습니다. 내성은 암세포의 영구적인 유전적 변화 또는 치료로 인한 암세포 행동의 비유전적 변화로 인해 발생할 수 있습니다. 표준 암 치료에는 일반적으로 약물에 민감한 세포를 효과적으로 죽이기 위해 최대 허용 용량의 약물을 사용하는 것이 포함됩니다. 그러나 약물에 민감한 세포가 모두 파괴되면 약물 내성 암세포가 더 빠르게 성장할 수 있기 때문에 이러한 접근 방식은 장기적으로 실패하는 경우가 많습니다.

적응 치료라고 하는 진화적 치료 접근 방식은 환자의 개별 반응에 따라 치료 복용량이나 휴식 시간을 개인화합니다. 적응 치료의 목표는 저항성 세포의 성장을 제어하기 위해 충분한 수의 민감성 세포를 유지하는 것입니다. 최근 연구와 임상 시험에 따르면 적응 요법은 표준 치료보다 저항성 발달을 더 효과적으로 지연시킬 수 있는 것으로 나타났습니다.

암은 복잡하고 진화하는 시스템이고 각 환자는 고유하기 때문에 각 환자에 대한 복용량과 치료 간격을 결정하는 것은 어렵습니다. 수학적 모델은 이러한 개별화된 치료 전략을 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다. 사실, 환자 결과에 대한 다양한 치료 전략의 영향을 연구하기 위해 여러 수학적 모델이 개발되었습니다. 그러나 기존의 수학적 모델은 종종 암 세포의 획득 저항성과 가소성의 영향을 무시합니다. '획득 저항성'은 종종 유전적 변화로 인해 발생하는 다양한 유형의 저항성을 포함합니다. '세포 가소성'은 치료 복용량의 변동이나 치료 중단과 같은 미세 환경의 변화에 대응하여 암 세포가 표현형을 변경할 수 있는 능력을 말합니다.

한국과학기술연구원(KIST, 오상록 원장) 천연물정보연구센터의 김윤정 박사가 이끄는 연구팀은 종양 진화를 고려한 암 치료 전략에 대한 이론적 프레임워크를 개발했습니다. 그들은 암세포의 저항성 획득과 치료 중에 표현형 행동(가소성)을 변화시키는 능력을 고려하여 종양 진화를 예측하는 수학적 모델을 개발했습니다. 그들의 모델을 분석한 결과, 효과적인 투여 창, 즉 종양 부피가 일정하고 안정적으로 유지되는 평형점에서 종양 부피를 유지할 수 있는 투여 범위의 존재 조건이 밝혀졌습니다.

가소성이 있는 일부 종양의 경우, 치료를 중단하면 암세포가 다른 민감한 세포와 협력하여 저항성 세포의 성장을 억제함으로써 다시 반응할 수 있습니다. 연구팀은 치료 중단, 최소 유효 투여량, 최대 허용 투여량으로 구성된 주기로 치료를 하는 진화적 투여 요법을 제안했습니다. 치료를 중단하면 가소성 암세포가 감각을 되찾은 후 최소 유효 투여량을 적용하여 종양 부피를 제어합니다. 그런 다음 최대 허용 투여량을 투여하여 종양 크기를 더욱 줄입니다. 이 투여 주기는 종양 부피를 관리 가능한 수준으로 효과적으로 제어합니다. 흑색종 환자에게 적용된 제안된 전략의 수치 시뮬레이션은 이러한 결과를 더욱 잘 보여줍니다. 결과는 진화적 투여가 종양 역학을 재지정하여 종양 크기를 허용 수준 이하로 유지할 수 있음을 보여줍니다.

개발된 수학적 모델은 임상 시험 전에 암 치료 후보의 효과적인 투여 범위를 예측할 수 있습니다. 이는 새로운 치료법의 항암 효과를 결정하고 각 약물의 효과적인 투여 범위를 식별하는 데 도움이 될 수 있습니다. 또한 이 모델은 치료 중 각 환자의 종양의 진화적 역학을 고려하여 개인화된 암 치료 전략 개발을 용이하게 합니다.

인용문: 한국과학기술연구원 천연물정보연구센터의 김영정 박사는 "현재 연구에서는 진화적 치료의 주기적 복용을 통해 종양 부담의 제어성을 개선하는 데 있어 암세포의 표현형 가소성의 역할을 강조했습니다."라고 말했습니다.

또한 그녀는 수학적 모델을 사용하여 천연물에서 유래한 잠재적 항암제의 실험 동물 연구와 임상 시험을 설계하여 종양 부담을 효과적으로 제어하는 복용 요법을 확립할 계획이라고 언급했습니다.

연구 결과는 ScienceDirect에 게재되었습니다.