数学家也来治癌症 用癌细胞“博弈论”实现最低副作用化疗

治病只是医生的事吗?不一定。

近日，康奈尔大学的数学家们开始插手癌症治疗。他们想利用癌细胞不仅伤害身体，也相互竞争这一点，通过博弈论来寻求癌症最佳的应对方法，在降低成本的同时，也避免传统治疗方法对人体造成的伤害。

他们的论文Optimizing Adaptive Cancer Therapy: Dynamic Programming and Evolutionary Game Theory(优化自适应癌症治疗：动态规划与进化博弈论)发表在了4月22日的《英国皇家学会学报B：生物科学》上。

该论文的资深作者、文理学院数学教授Alex Vladimirsky说：“有很多博弈论方法可以用来模拟人类、生物系统和经济实体和互动方式，还可以模拟不同类型癌细胞之间的相互作用。它们在肿瘤内竞争性地增殖。如果确切知道他们是如何竞争的，你就可以试着利用这一点更好地与癌症作斗争。”

Vladimirsky、论文一作Mark Gluzman与克利夫兰诊所肿瘤学家Jacob Scott合著本文。他们用进化博弈论来模拟肺癌细胞3个亚群之间的相互作用，这三个亚群是由它们与氧的关系来区分的，分别是糖原细胞(GLY)、血管过表达细胞(VOP)和缺陷细胞(DEF)。

在这个模型中，GLY细胞是厌氧的(不需要氧气)，而VOP和DEF细胞都消耗氧气，VOP细胞还会额外消耗能量，产生一种改善血管系统的蛋白质，为细胞带来更多的氧气。

Vladimirsky把3种细胞的竞争比作“石头剪刀布”的游戏。如果在一场游戏中，有一百万人参加，大多数参与者一开始选择“石头”，接下来就会有越来越多玩家倾向于出“布”，随后又会有越来越多的人出“剪刀”，然后又变成“石头”，如此循环。

他表示：“所以存在3个群体和3种竞争策略，发生着周期性的波动。如果没有药物治疗，3种癌细胞可能会遵循类似的振荡轨迹。而药物可以被视为暂时改变游戏规则。”

他说：“接下来自然产生一个问题：应该在何时以及如何变化招式，以最低的成本实现我们的目标——无论是恢复的时间，还是给患者服用的药物总量。”

在目前的临床实践中，医生通常以癌症患者身体能够安全耐受的最高剂量为其实施化疗，这往往导致严重的副作用。此外，长期治疗下，这种方法往往会导致存活的癌细胞产生耐药性，使进一步的治疗变得更加困难。该小组的论文显示，一个适时的“适应性”应用程序可能会让患者恢复所需的药物大大减少。

“我们的主要贡献是计算出了这种自适应药物治疗的时机。基本上说，我们是开发了一份指南，根据不同癌症细胞亚型的实时比例显示何时给药，”Vladimirsky表示。

但弗拉基米尔斯基警告说，正如数学建模中经常出现的情况，现实比理论更混乱。生物相互作用是复杂的，而且常常是随机的，并且还可能因患者而异。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

参考资料：

[1]https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-04/cu-gts042320.php

[2]https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspb.2019.2454