众所周知，癌细胞不仅会伤害身体，而且它们自己之间还会相互竞争。
最近，美国康奈尔大学的数学家们正在使用博弈论来模拟如何利用这种竞争机制使癌症治疗伤害性最小，并能发挥出最大的疗效。该研究已发表在《英国皇家学会学报B:生物学》上。
该研究通讯作者、艺术与科学学院数学教授Alex Vladimirsky表示：“有很多博弈论方法可以用来模拟人类之间、生物系统之间和经济实体之间是如何相互作用的。我们同样可以通过建模来模拟不同类型癌细胞之间的相互作用。它们也是处于竞争状态的。如果我们确切地知道它们如何竞争，那么就可以尝试利用这种竞争关系来更好地对抗癌症。”
Vladimirsky和论文第一作者、博士生Mark Gluzman与克利夫兰诊所的肿瘤学家Jacob Scott合作完成了这项研究。
他们使用进化博弈论对肺癌细胞的三个亚群之间的相互作用进行建模，这些亚群通过与氧气的关系来区分：糖原细胞（GLY）、血管过度生成（VOP）和缺陷细胞（DEF）。
在这个模型中，GLY是厌氧的（即它们不需要氧气）， VOP和DEF细胞都需要氧气，但只有VOP细胞愿意消耗额外的能量来产生一种能促进血管生成的蛋白质，从而为细胞带来更多的氧气。
Vladimirsky将这些细胞之间的竞争比作石头、剪刀、布的游戏。在这场游戏中，成千上万的癌细胞互相竞争。如果大多数参与者选择出石头，那么将有更多的玩家倾向于换成出布。 随着出布的人数增加，出石头的人会减少，而出剪刀的人会更多。随着出剪刀的玩家增多，出石头将再次成为有吸引力的选择，依此类推。
Vladimirsky说：“因此，存在三种玩家和三个竞争策略，它们经历着周期性振荡。如果没有药物治疗，三种癌细胞亚群可能会遵循相似的振荡轨迹。药物可以被视为暂时改变游戏规则的方法。”
他继续说道：“一个自然而然的问题是，如何以及何时改变规则才能以最低的代价实现目标，包括康复时间和对患者的总用药量。我们的主要贡献在于计算如何适应性地调整这些药物治疗的最佳给药时间。我们基本上制定了一个根据当前不同癌细胞亚群比例确定何时给药的方案。”
在当前的临床实践中，癌症患者通常接受其身体可安全耐受的最高剂量化疗，但是副作用可能很严重。另外，这样的连续治疗方案常常导致存活的癌细胞产生耐药性，使得进一步治疗更加困难。该研究团队的论文显示，及时的“自适应”用药可能会在大大减少用药量的同时帮助患者康复。
但是Vladimirsky提醒说，与数学建模一样，现实往往比理论更加混乱。生物相互作用是复杂的，通常是随机的，并且可能因患者而异。
他说：“我们的优化方法和计算实验均基于特定简化的癌症演化模型。原则上，这个概念应该也适用于更详细的、甚至患者特异性的模型，但是我们距此还有很长的路要走。我们认为本文是迈向适应性、个性化药物治疗实用化的必经之路。我们的研究结果有力论证了将优化给药时间纳入未来临床试验方案的必要性。”
论文链接：
/doi/10.1098/rspb..2454
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