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Personalized Cancer Therapy by Model-based Optimal Robust Control Algorithm

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Personalisiertere Therapien in der Onkologie

Ein neues computergestütztes Tumormodell eröffnet durch Überarbeitung eines mehr als 20 Jahre alten Referenzmodells Möglichkeiten für einen völlig neuen Ansatz in der Krebstherapie.

Gesundheit

Könnten mathematische Modelle der Schlüssel im Kampf gegen Krebs sein? Das EU-finanzierte Projekt Tamed Cancer befasst sich mit genau dieser Frage und entwickelt derzeit mathematische Modelle für die personalisierte Krebstherapie. „Mit mathematischen Methoden lässt sich die optimale Medikamentendosis berechnen, um Therapien genau auf patientenspezifische Bedürfnisse auszurichten“, erklärt Levente Kovács, Professor an der Óbuda-Universität als koordinierendem Institut. „Mit diesem neuen Ansatz in der Tumortherapie steigt die Hoffnung, Krebs eines Tages heilbar zu machen.“

Steigerung von Lebensqualität und Lebenserwartung

Voraussetzung für optimierte Therapien ist ein zuverlässiges Modell des Tumorwachstums. Daher entwickelte das über den Europäischen Forschungsrat unterstützte Projekt zunächst aus mehreren mathematischen Modellen ein Modell des Tumorwachstums, an dem die Wirkung eines spezifischen Medikaments getestet werden kann. „Unser Modell basiert auf Informationen zum Tumorwachstum, die wir in mathematischen Gleichungen darstellen“, erklärt Kovács. Nach ihrer Validierung an Mausmodellen wurde der Schwerpunkt dann auf die Entwicklung optimierter Therapien verlegt. Ursprünglich sollte mit einem Wirkstoff gearbeitet werden, der die Angiogenese bzw. Neubildung von Blutgefäßen im Tumor hemmt, um zu erreichen, dass der Tumor langsamer wächst. Dabei zeigte sich allerdings, dass der Angiogeneseinhibitor lediglich die Wachstumsgeschwindigkeit verringert, nicht aber die Masse des Tumors. Die nächste Wahl fiel auf ein Chemotherapeutikum, mit dem das Tumorvolumen tatsächlich verkleinert werden kann, um die Sicherheit dieses Prinzips dann im Tierversuch zu validieren. „Bei den Mäusen erzielten wir mit niedrigdosierten, spezifischen Chemotherapeutika deutlich bessere Ergebnisse als mit allem, was derzeit mit dem verallgemeinernden medizinischen Ansatz möglich ist“, merkt Kovács an. „Eine personalisierte, modellbasierte Tumortherapie wirkte sich also deutlich positiver auf die Lebensqualität und Lebenserwartung der Mäuse aus.“

Durchbruch in der Krebstherapie

Laut Kovács könnte die Krebstherapie mit der Validierung des Tumormodells einen riesigen Schritt nach vorn machen und das mehr als zwei Jahrzehnte alte Referenzmodell ablösen, auf dem bisher alle Therapien basieren. Modell und Wirkstoffalgorithmen sollen nun für die Anwendung am Menschen angepasst werden. „Unser Ziel ist ein personalisierter Algorithmus, mit dem sich die optimale Dosis festlegen lässt, um ihn dann in der medizinischen Praxis zu demonstrieren“, schließt Kovács. „Unserer Überzeugung nach lässt sich mit einem personalisierten Konzept eine Dosisreduzierung bei gleicher Wirkung erreichen, was die Menge an Nebenwirkungen verringert, Behandlungskosten senkt und die Heilungschancen erhöht.“ Das Projekt hat nun einen ERC Proof of Concept Grant beantragt, um die Anwendbarkeit am Menschen zu demonstrieren. Schließlich rief das Projekt mit dem Cyber-Medical Technical Systems Committee einen Fachausschuss für Cybermedizin ins Leben, der dem internationalen Ingenieurverband IEEE angegliedert ist. Der Ausschuss organisierte bereits mehrere Fachveranstaltungen und veröffentlichte mehr als 100 wissenschaftliche Beiträge zu den Projektergebnissen.

Schlüsselbegriffe

Tamed Cancer, Krebs, Krebstherapie, Modell, mathematisch, Tumor, Chemotherapie

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