Dùng toán học tối ưu hóa điều trị ung thư tuyến giáp

Nhóm sinh viên Trường ĐH Khoa học Tự nhiên (ĐH Quốc gia Hà Nội) đã tiên phong dùng mô hình toán học tối ưu hóa quá trình điều trị ung thư tuyến giáp.

סרטן בלוטת התריס הוא אחד מסוגי הסרטן האנדוקריניים הנפוצים ביותר. למרות שיש לו שיעור הצלחה גבוה, הסיכון להישנות הוא תמיד דאגה מתמדת לחולים ואתגר לרפואה. העבודה "יישום מתמטיקה באבחון ובטיפול בסרטן בלוטת התריס" של הסטודנטים טראן ואן לואט (K66 מתמטיקה - IT) ונגוין דין קוואנג (K67 מתמטיקה כישרון תוכנית) מאוניברסיטת מדעי הטבע (האוניברסיטה הלאומית של וייטנאם, האנוי) הביאה גישה חדשה ומבטיחה לשימוש במודלים מתמטיים כדי לייעל את משטרי הטיפול בסרטן בלוטת התריס, לקראת טיפול מותאם אישית.

נגוין דין קוואנג (כריכה שמאלית) וטראן ואן לואט עם פוסטרים על עבודתם בכנס הסטודנטים למדעים 2025 של אוניברסיטת מדעי הטבע.

מדאגות מעשיות ועד פתרונות מתמטיים פורצי דרך

נגוין דין קוואנג, ששיתף את הרעיון להקמת הפרויקט, אמר שבאמצעות מחקר מעשי, צוות המחקר הבין שכיום, משטר הטיפול בסרטן בלוטת התריס הממוין מסתמך בעיקר על כריתת בלוטת התריס ולאחר מכן טיפול אדג'ובנטי ביוד רדיואקטיבי (RAI). עם זאת, קביעת מינון ה-RAI האופטימלי עבור כל מטופל היא עדיין סובייקטיבית, ומבוססת במידה רבה על הניסיון הקליני של הרופא ולא על כלי מינון מדויקים. מצב זה יכול להוביל לכך שחלק מהמטופלים לא יקבלו את המינון הדרוש, מה שמגדיל את הסיכון להישנות המחלה, בעוד שאחרים סובלים מתופעות לוואי לא רצויות ממינון קרינה גבוה מדי.

נכון לעכשיו, תהליך הטיפול בסרטן בלוטת התריס בווייטנאם, כולל קביעת מינון הקרינה לחולים, פועל בקפדנות לפי תקנות משרד הבריאות . עם זאת, במציאות, רופאים עדיין נאלצים להסתמך במידה רבה על ניסיונם הקליני כדי לקבוע את מינון הקרינה האופטימלי. יחד עם זאת, אין להם כלי תמיכה יעיל המאפשר להם לקבל תמונה מקיפה ולחזות במדויק את התקדמות המחלה.

"מתוך חששות אלה, בהדרכתם של ד"ר נגוין טרונג הייאו, פרופסור חבר, ד"ר טאנג קווק באו (אוניברסיטת גראץ, אוסטריה), וד"ר המתמחה במדעים נוגוין טי פואנג (בית החולים הצבאי המרכזי 108), יישמנו באומץ את כוחנו במתמטיקה כדי למצוא פתרון. ניתן לומר שזהו אחד המחקרים החלוציים בווייטנאם ביישום מתמטיקה לתמיכה בתהליך הטיפול", אמר קוואנג.

מידול ואופטימיזציה: המפתח לטיפול מותאם אישית

כדי לפתור את הבעיה הנ"ל, צוות המחקר בנה מודל מתמטי המתמקד בסימולציה של כמויות ביולוגיות מרכזיות בטיפול בסרטן בלוטת התריס המובחן, כולל: מספר תאי הסרטן (N), ריכוז הנוגדנים תירוגלובולין (Tg) ונוגדים נגד תירוגלובולין (AbTg) - סמנים ביולוגיים חשובים לניטור תגובת הטיפול, יחד עם מינון היוד הרדיואקטיבי בו נעשה שימוש (A).

קוואנג וצוות המחקר שלו דיווחו על נושאם במושב המליאה של כנס הסטודנטים למדעים. הנושא זכה במקום השני.

ראוי לציין כי מודל זה נועד להיות פשוט יותר מכמה מהמודלים המורכבים יותר שפותחו בעבר, ועדיין לשקף במדויק את האינטראקציות הביולוגיות המרכזיות. מטרת הצוות היא להשיג מודל שיהיה ישים מאוד במסגרות קליניות, קל לשילוב ושימוש.

בהתבסס על המודל המתמטי, קבוצת הסטודנטים המשיכה לפתח בעיית בקרה אופטימלית. מטרת בעיה זו היא למצוא את מינון הקרינה האופטימלי ואת לוח הזמנים האופטימלי עבור כל מטופל ספציפי, על מנת להשיג מספר מטרות בו זמנית: להפחית בצורה היעילה ביותר את מספר תאי הסרטן, לייצב את ריכוזי הסמנים הביולוגיים Tg ו-AbTg, וחשוב לא פחות, למזער תופעות לוואי מיותרות ממנת הקרינה.

כאשר הם מיושמים כדי לדמות תוצאות טיפול, החישובים מראים סבירות, יכולים לסייע בקיצור תקופת הטיפול עבור מטופלים ולתמוך ברופאים בשיקול הפחתת מינוני הטיפול.

סימולציות על שלוש קבוצות חולים מייצגות - מאלו עם תגובה טובה לטיפול, אלו עם עמידות בינונית ל-RAI, ועד אלו עם עמידות חזקה ל-RAI - הראו כי המודל היה מסוגל לחזות את התקדמות המחלה על סמך נתוני מעבדה בסיסיים, וכי המודל יכול לספק לוח זמנים ומינון RAI מתאימים יותר מאשר משטרי הטיפול בפועל שבהם נעשה שימוש.

כאשר משווים את "המינון בפועל" ל"מינון המומלץ על ידי המודל", התוצאות הראו כי אסטרטגיית הטיפול האופטימלית שהוצעה על ידי המודל שיפרה משמעותית את קצב השליטה בתאי הסרטן, והחזירה ריכוזים ביולוגיים חשובים לרמות נורמליות.

יישומים פוטנציאליים לרפואה מותאמת אישית

"כדי לעצב פרויקט רב-תחומי שכזה, במיוחד השילוב של מתמטיקה ורפואה, נדרש מאמץ רב מצד החברים. קוואנג שיתף שכסטודנט המתמחה במתמטיקה, המעבר לתחום הקשור לרפואה נתקל בתחילה בקשיים רבים. בחודשים הראשונים, כ-2-3 חודשים, הקבוצה נאלצה להשקיע מאמצים רבים כדי ללמוד ולהבין מנגנונים רפואיים. היו לילות שבהם היינו צריכים להישאר ערים כדי לקרוא מסמכים."

למרבה המזל, הקבוצה זכתה לתמיכה נלהבת מצד מומחים רפואיים ורופאים. כאשר היו נושאים שלא הובנו בבירור, הקבוצה דנה ישירות או באינטרנט. אחת החוויות הבלתי נשכחות הייתה הפעם הראשונה שהקבוצה הגיעה לבית החולים הצבאי המרכזי 108, שם הם יכלו לתקשר ולעבוד ישירות עם הצוות הרפואי, לאסוף נתונים ולצפות בתהליך הבדיקה והטיפול הרפואיים.

"בילינו כ-3 שעות בישיבה עם רופאים כדי לאסוף נתונים ולהחליף מומחיות. בנוסף, הייתה לנו גם הזדמנות לצפות בחלק מתהליך הבדיקה והטיפול הרפואיים, תהליך הטיפול בחולים. אלו היו חוויות מעניינות ושימושיות באמת", שיתף קוואנג.

קוואנג אמר שאם יינתן למחקר זה תשומת לב, יושקע בו ויפותח, הוא יהיה כלי תמיכה רב עוצמה לרופאים. הוא לא רק עוזר לחזות את התקדמות המחלה בעתיד הקרוב, בערך ב-4-5 השנים הבאות, אלא גם עוזר לספק הצעות לגבי מינון הטיפול הבא המתאים ביותר לכל מטופל.

הצוות בוחן כעת באופן פעיל את המודל עם מערכי נתונים נוספים של חולים, תוך התמקדות ספציפית בחולים עם רמות AbTg גבוהות - קבוצה שזכתה בעבר לתשומת לב מועטה במחקרים אחרים.

בנוסף, הצוות מפתח יישום תוכנה שיכול להמליץ ​​באופן אוטומטי על מינון טיפול RAI המתאים לכל אדם בהתבסס על נתוני הקלט. אם הפרויקט יצליח, המטרה הנוספת היא לפתח יישום (אפליקציה) ספציפי.

בפרט, הקבוצה מכינה כתב יד מדעי להגשה לפרסום בכתבי עת בינלאומיים יוקרתיים. "אנו מקווים שהעבודה תתרום למגמת הטיפול המותאם אישית, אשר מתפתחת בצורה הולכת וגוברת ברפואה המודרנית", שיתף קוואנג.

מקור: https://khoahocdoisong.vn/dung-toan-hoc-toi-uu-hoa-dieu-tri-ung-thu-tuyen-giap-post1544500.html