Математическая модель механизма противоопухолевого действия вирусных вакцин Бабушкина н.А.

(МГТУ МИРЭА; ИПУ РАН)

The mathematical model of antitumoral treatment using the virus – developed vaccine. Babushkina N.A.

The mathematical model presented in this paper is the first attempt to describe how vaccine produces antitumoral effect within the framework of interaction between tumor, virus and immune system. The paper presents the mathematical model of antitumoral treatment using the vaccine developed from venezuelan equine encephalomyelitis (VEE) virus, which has proven to be selective toward a number of experimental tumors. The model describes the two stages of tumor cells’ death: The first occurring immediately after the vaccine is administered and the virus penetrates the tumor cell, and the second being the death of infected tumor cells due to immune response and development of antibodies for the specific tumor type.

Проблема моделирования механизма противоопухолевого действия вирусных вакцин связана с развитием исследований по иммунотерапии опухолей, которые активно изучаются в настоящее время. Начиная со средины XX века усилия ученых были направлены на поиск вирусов, которые были бы неопасными для человека, но в тоже время были эффективны по отношению к злокачественным опухолям.

Противоопухолевое действие таких вирусов заключается в том, что вирус может распознавать злокачественные клетки, адсорбируясь на их поверхности, проникать внутрь клетки, что приводит к её разрушению и последующей гибели. Было показано, что погибающие в результате заражения вирусом злокачественные клетки способны в свою очередь вызывать активацию иммунной системы организма против данной опухоли. Таким образом, при вакцинотерапии вирус выступает в роли специфического маркера опухолевых клеток, позволяя преодолевать невосприимчивость иммунной системы организма к своим собственным опухолевым клеткам.

Отсутствие явно выраженной токсичности позволяет значительно расширить диапазон применяемых доз. Это влечет за собой увеличения объема экспериментальных исследований и значительное удорожание исследовательских работ. Проведение компьютерных экспериментов на основе модели вакцинотерапии позволяет выявить управляющие дозовые воздействия, построить зависимость «доза-эффект», на основе которых можно рассчитывать оптимальные режимы применения вирусных вакцин для получения полной регрессии опухоли.

Построенная математическая модель противоопухолевой вакцинотерапии является первой попыткой описать механизм противоопухолевого действия вирусных вакцин на примере вируса энцефаломиелита лошадей (ВЭЛ). Модель описывает двухэтапный механизм гибели опухолевых клеток, вызванный реакцией иммунной системы организма против чужеродного вируса и последующую гибель опухолевых клеток в результате реакции иммунной системы против инфицированных вирусом клеток опухоли. Механизм роста и гибели опухолевых клеток описан системой из 10 нелинейных дифференциальных уравнений. Оценка параметров модели осуществлялась методом решения обратных задач с использованием экспериментальных кинетических кривых роста аденокарциномы Эрлиха. Предлагаемый подход позволяет получить оценки управляющих дозовых воздействий на основе построенной модели.

Практическая значимость математического моделирования противоопухолевого действия вирусных вакцин заключается в том, что результаты моделирования позволяют обоснованно и целенаправленно дополнять результаты экспериментального и во многом эмпирического подхода к поиску эффективных режимов лечения. Проведение компьютерных экспериментов и расчетов на модели позволяет рационально планировать проведение эксперимента на животных, сокращать время экспериментальных исследований и затраты на животных и препараты. Сокращение затрат и времени проведения экспериментальных работ приводит к значительному снижению стоимости научных исследований.