КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 25-71-00041
НазваниеМатематическое моделирование пространственно-временной динамики солидных опухолей с учетом воздействия CAR-T терапии
Руководитель Поляков Максим Валентинович, Кандидат технических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный университет" , Волгоградская обл
Конкурс №110 - Конкурс 2025 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными, приоритетного направления деятельности Российского научного фонда «Поддержка молодых ученых»
Область знания, основной код классификатора 01 - Математика, информатика и науки о системах; 01-205 - Математические модели в науках о живом
Ключевые слова Математическое моделирование, дифференциальные уравнения, пространственно-временная динамика, модели опухолевого роста, вычислительные эксперименты, программное обеспечение, компьютерное моделирование
Код ГРНТИ28.17.19
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Иммунотерапия с использованием CAR-T-клеток является перспективным направлением в лечении онкологических заболеваний. Однако, несмотря на успехи в терапии гематологических злокачественных опухолей, эффективность CAR-T терапии при солидных опухолях остается ограниченной. Это связано с рядом факторов, таких как гетерогенность опухоли, иммуносупрессивное микроокружение, антигенное ускользание, низкая инфильтрация опухоли иммунными клетками и снижение пролиферативной активности CAR-T-клеток. В связи с этим возникает необходимость разработки методов, позволяющих предсказывать эффективность терапии и оптимизировать её применение.
В рамках данного Проекта будет разработана самосогласованная математическая модель, описывающая пространственно-временную динамику солидных опухолей под воздействием CAR-T терапии. Модель будет учитывать ключевые механизмы взаимодействия иммунных клеток и опухолевой ткани, включая пролиферацию и миграцию CAR-T-клеток, действие иммунных ингибиторов, влияние анатомических барьеров опухоли и динамику её микроокружения. Важным аспектом исследования станет учет механизма антигенного ускользания, а также возможные побочные эффекты терапии.
Научная новизна Проекта заключается в разработке математической модели, которая объединяет пространственно-временную динамику опухоли и иммунного ответа с учетом индивидуальных особенностей пациентов. В отличие от существующих моделей, которые часто ограничиваются описанием популяционной динамики клеток, предлагаемый подход учитывает:
— пространственную гетерогенность опухоли и её микроокружения, включая анатомические барьеры и градиенты концентрации цитокинов;
— динамику антигенного ускользания на уровне отдельных клеток и её влияние на эффективность терапии;
— адаптацию CAR-T-клеток к иммуносупрессивным условиям опухолевой среды;
— интеграцию данных машинного обучения для персонализации модели на основе клинических и молекулярных характеристик пациентов.
Уникальность подхода заключается в сочетании методов математического моделирования и машинного обучения, что позволяет не только описывать, но и прогнозировать ответ опухоли на терапию с учетом её пространственной организации и эволюции во времени.
Ожидается, что численная реализация модели и её валидация на основе экспериментальных данных позволят оптимизировать параметры терапии и предложить стратегии персонализированного лечения солидных опухолей. Результаты исследования могут быть использованы для прогнозирования индивидуального ответа пациентов и разработки новых подходов к иммунотерапии.
Ожидаемые результаты
В рамках выполнения Проекта будут получены следующие результаты:
1) Будет разработана математическая модель пространственно-временной динамики солидных опухолей с учетом воздействия CAR-T терапии. Модель будет основана на системе дифференциальных уравнений, описывающих ключевые процессы: пролиферацию, миграцию и истощение CAR-T-клеток, действие иммунных ингибиторов, влияние анатомических барьеров опухоли и динамику её микроокружения. Модель будет учитывать конвективное движение элементов опухолевой ткани, поступающие из нормальной ткани питательные вещества, в том числе глюкозу, а также неоднородный рост опухоли в пространстве.
2) Будет создано программное обеспечение для компьютерного моделирования пространственно-временной динамики солидных опухолей с учетом воздействия CAR-T терапии. Программное обеспечение будет включать алгоритмы для численного решения системы уравнений, методы дискретизации и оптимизации, а также возможность адаптации под различные входные параметры и условия. Программа будет распараллелена для графических ускорителей, что позволит проводить высокопроизводительные расчеты и создавать большие объемы данных с результатами численного моделирования. Будут построены наборы моделей, статистические свойства которых будут соответствовать данным различных выборок реальных пациентов. Такие наборы результатов численного моделирования могут быть использованы для разработки более точных прогностических моделей для определенных типов опухолей. Это позволит с высокой точностью предсказывать развитие болезни и выбирать наиболее эффективные стратегии CAR-T терапии. Кроме того, созданное программное обеспечение и результаты численного моделирования могут стать ценным инструментом для исследований в области онкологии.
3) На основе применения алгоритмов машинного обучения будет определен диапазон оптимальных параметров для CAR-T терапии. Модель будет интегрирована с методами машинного обучения для анализа экспериментальных данных и калибровки параметров. Это позволит адаптировать модель к индивидуальным особенностям пациентов, учитывая их клинические и молекулярные характеристики. Будут выявлены ключевые предикторы эффективности терапии, такие как дозировка CAR-T-клеток, кратность введения и время терапии, а также определены оптимальные параметры для различных типов опухолей.
4) Будет исследована пространственно-временная динамика CAR-T терапии в различных условиях. Будет проведен анализ влияния анатомических барьеров опухоли на миграцию CAR-T-клеток. Будет изучена роль иммунного микроокружения и антигенного ускользания в развитии резистентности.
Научная значимость заключается в создании комплексной математической модели, которая впервые учитывает пространственно-временные аспекты взаимодействия CAR-T-клеток и опухолевой ткани, включая механизмы антигенного ускользания и иммуносупрессивного микроокружения. Разработка таких моделей позволит углубить понимание механизмов резистентности опухоли к терапии и предложить новые подходы к её преодолению. Интеграция методов машинного обучения обеспечит персонализацию модели, что является важным для развития персонализированной медицины.
Научная проблема и полученные на основе ее решения результаты будут полностью соответствовать мировому уровню, что обусловлено современной и актуальной постановкой задач, которые находятся на переднем крае научной области, связанной с моделированием опухолевых процессов. Результаты исследований будут опубликованы в ведущих мировых изданиях, индексируемых в международных базах данных Scopus и Web of Science по тематике данного Проекта.