Toán học giúp chữa bệnh bạch cầu

Khi các con than phiền rằng, bài tập toán về nhà sẽ không giúp ích gì cho chúng trong đời sống thực tế, thì 1 lời giải đáp gần đây có thể cho thấy rằng môn toán có thể giúp chữa trị bệnh ung thư.

Trong 1 cuộc nghiên cứu kết hợp giữa toán học và y học gần đây, các nhà nghiên cứu đã cho thấy rằng, những bệnh nhân bị bệnh bạch cầu thể tủy mãn tính (CML) có thể được chữa trị bằng 1 loại vacxin chống ung thư được tính toán thời gian một cách tối ưu, trong đó việc tính toán thời gian được xác định dựa vào phản ứng miễn dịch của từng người.

Trong số ra vào ngày 20 tháng 6 của tạp chí sinh học tính toán PloS, phó giáo sư toán học Doron Levy thuộc Trường Đại học Maryland, phó giáo sư bác sĩ y khoa Peter P. Lee thuộc Trường Y khoa Stanford và tiến sĩ Peter S.Kim thuộc trường École Supérieure d'Électricité đã mô tả thành công của họ trong việc tạo ra 1 kiểu toán học tiên đoán rằng, phản ứng miễn dịch chống ung thư bạch cầu ở những bệnh nhân CML đang sử dụng thuốc imatinib có thể được kích thích bằng 1 phương pháp mà có thể đem lại 1 phương pháp điều trị cho căn bệnh này.

Levy thuộc trung tâm mô hình toán học và tính toán khoa học của Trường Đại học Maryland cho biết: “Bằng cách kết hợp các số liệu sinh học mới với mô hình toán học, chúng tôi đã tìm ra các quy luật thiết kế các phương pháp điều trị thích ứng đối với từng bệnh nhân cụ thể. Với mô hình toán học này thì hãy giao cho tôi 1000 bệnh nhân, tôi có thể đem lại cho bạn 1000 kế hoạch điều trị tùy biến khác nhau”.

Toán học và bệnh ung thư bạch cầu

(Ảnh: ebr.lib.la.us)

Trong khi sự kết hợp hài hòa giữa toán học và sinh học chỉ bắt đầu phổ biến trong khoa học, thì người ta đã cố sử dụng những phương trình để hiểu được ung thư bạch cầu phát bệnh và tiến triển như thế nào theo thời gian. Cuộc nghiên cứu của Levy, Lee và Kim khác nhau ở việc để ý tới phản ứng miễn dịch của bệnh nhân cùng với các tác dụng của thuốc imatinib – 1 loại thuốc đã thành công trong việc làm thuyên giảm bệnh cho những bệnh nhân CML.

Họ muốn biết xem liệu họ có thể phát triển 1 mô hình toán học hay 1 bộ luật sẽ làm tăng khả năng thuyên giảm bệnh trong thời gian dài ở mỗi bệnh nhân. Trong 4 năm qua, phòng thí nghiệm của Lee đã thu thập dữ liệu từ các bệnh nhân CML, đo độ dài phản ứng miễn dịch của mỗi bệnh nhân theo dạng số lượng và hoạt động của các tế bào T chống ung thư bạch cầu vào nhiều lần khác nhau trong thời gian chữa trị bằng thuốc imatinib.

Levy cho biết: “Các kết quả cho thấy rằng, không chỉ có thuốc làm thuyên giảm bệnh ung thư bạch cầu mà còn là phản ứng miễn dịch tự nhiên. Sau khi bắt đầu dùng thuốc imatinib, phản ứng miễn dịch chống bệnh ung thư bạch cầu tăng dần. Tuy nhiên, phản ứng này bắt đầu yếu dần sau khi đạt đến đỉnh điểm."

Các tế bào bệnh bạch cầu vẫn còn nhưng số lượng khá thấp, làm cho các phản ứng miễn dịch giảm xuống. Đáng tiếc thay, đây là thời điểm lý tưởng cho các tế bào ung thư phát triển sự kháng thuốc và làm cho phương pháp chữa trị vô hiệu.

Thời điểm tốt nhất đối với phản ứng miễn dịch

Kết hợp với các số liệu lâm sàn của Lee về phản ứng miễn dịch, mô hình của Levy cho thấy rằng, phản ứng miễn dịch của các bệnh nhân nên được nâng lên khi nó họ bắt đầu yếu dần.

Các tác giả cho thấy rằng, sự kích thích như thế có thể được cung cấp theo dạng “vắc xin chống ung thư”, trong đó máu được lấy từ bệnh nhân được chiếu xạ để giết chết các tế bào ung thư hoạt, sau đó được đưa trở lại cơ thể bệnh nhân. Người ta cho thấy một sự kích thích hệ thống miễn dịch mạnh mẽ bên trong ống nghiệm trong những cuộc thí nghiệm của Lee.

Phương pháp toán học cho thấy rằng, buộc phải liên kết giữa việc tính toán thời gian của vắc xin chống ung thư với tiểu sử cá nhân về phản ứng miễn dịch của mỗi bệnh nhân, Levy cho biết. Các mô phỏng toán học cho thấy rằng, 1 loại vắc xin được sử dụng trong những tháng chữa trị đầu tiên sẽ không ảnh hưởng gì đến sự tiến triển của căn bệnh. Mặt khác, 1 loại vắc xin được tính thời gian kỹ lưỡng rất có thể điều trị được căn bệnh này.

Kế hoạch điều trị cá nhân

Nhưng động lực về phản ứng miễn dịch của mỗi bệnh nhân khác nhau. Đó là lý do mà toán học xen vào, Levy nói. Chúng tôi có thể tìm ra các quy luật để ứng dụng cho từng bệnh nhân cụ thể, chúng tôi có thể đo được tham số của mỗi bệnh nhân để thấy được khi nào thì liều lượng này có hiệu quả nhất. Toán học cung cấp công cụ cần thiết làm cho phương pháp chữa trị thích ứng với từng bệnh nhân.

Levy nói rằng: “Trong khi một vài tham số có thể được đo ở phòng thí nghiệm, thì mô hình toán học giúp chúng tôi hiểu được các cơ chế khống chế căn bệnh này và cho thấy bằng cách nào để áp dụng kiến thức này thành lợi thế cho chúng tôi”.

Levy và Lee hiện tại đang thực hiện cuộc nghiên cứu sâu hơn để mở rộng các kết quả của cuộc nghiên cứu này, để chuẩn bị cho những cuộc thí nghiệm trên các mô hình động vật và thực hiện các cuộc thử nghiệm lâm sàn.

Cuộc nghiên cứu được tài trợ bởi Hiệp hội ung thư Mỹ, viện nghiên cứu ung thư quốc gia và quỹ khoa học quốc gia.