Digital tvilling kan ge mer individanpassad behandling

Kan avancerad matematik vara en väg framåt för skräddarsydda behandlingar av barncancer? Det hoppas matematikern Eszter Lakatos, som vill använda digitala tvillingar som ett säkert sätt att hitta till den bästa behandlingen för varje enskilt barn som drabbats av Ewings sarkom och neuroblastom.

En stor utmaning vid barncancer är att hitta rätt nivå på behandlingen. Målet är att effektivt bekämpa cancern, men med så få biverkningar och sena komplikationer som möjligt. Samtidigt finns det många olika diagnoser och ofta är det svårt att exakt veta hur aggressiv cancern är redan från början.  

Den helgenomsekvensering som alla regioner numera erbjuder barn som insjuknar i cancer är ett viktigt steg framåt. Den ger en genetisk karta över vilka egenskaper tumören har och är en del av precisionsdiagnostiken som är vägledande för att anpassa behandlingen utifrån rätt riskgrupp. Men för att komma ännu längre och hitta sätt att individanpassa behandlingen för varje enskilt barn, behövs ytterligare metoder.   

Behandlingssvar med hjälp av simulering 
På Chalmers tekniska högskola i Göteborg arbetar matematikern Eszter Lakatos med just detta. Med hjälp av avancerad matematik och genetisk information från patientens cancerceller vill hon skapa digitala tvillingar av cancersjuka barn. Förhoppningen är att med hjälp av individbaserad data kunna komma fram till vilken den mest effektiva behandlingen kan vara för varje specifik individ, men utan att utsätta patienten för onödiga risker.  

– Det blir en matematisk modell som fungerar som en slags virtuell kopia av patientens tumör, säger Eszter Lakatos. 

Avancerade matematiska modeller som skapar digitala tvillingar baserade på patientdata, är ett modernt forskningsområde som visat sig intressant för många olika typer av sjukdomar. Men det här är första gången som forskning om digitala tvillingar görs för barncancer.  

Genetisk variation 

Många barncancerdiagnoser har en inbyggd genetisk variation, där olika varianter av cancerceller kan finnas i samma tumör. Beroende på vilken variant som dominerar påverkas effekten av den behandling som ges, eftersom vissa cancerceller kan vara resistenta mot läkemedel eller hitta andra sätt att undkomma behandlingen.  

– I dag kan vi få en ögonblicksbild av hur sammansättningen av olika cancerceller ser ut i en tumör genom till exempel en biopsi eller i vissa fall ett blodprov som sen analyseras. Men vi kan inte säkert säga hur det kommer se ut i framtiden. Med en matematisk modell skulle det kunna vara lättare att förutsäga hur tumören kommer bete sig framåt och hur de olika cellvarianterna kommer att konkurrera med varandra, säger Eszter.  

Som att bygga lego 

Första steget i projektet är att ta fram en matematisk ekvation och därefter säkerställa att den faktiskt fungerar.  

– Det är lite som att bygga lego. Det finns mängder av ekvationer som vi vet fungerar, till exempel för att beskriva konkurrens mellan två snarlika arter som lever i samma miljö. Genom att låna byggstenar från andra ekvationer kan vi konstruera en matematisk modell som förhoppningsvis speglar det som händer i en cancertumör.  

För att anpassa och finjustera modellen använder Eszter data från blodprover från barn som behandlats för Ewings sarkom och neuroblastom. Det är två former av barncancer där den genetiska variationen ofta är stor.  

– När vi bevisat att den matematiska modellen faktiskt överensstämmer med verkligheten kan vi gå vidare till nästa steg. Då vill vi testa oss fram för att hitta det mest effektiva behandlingsschemat som resulterar i bästa möjliga resultat med minsta möjliga biverkningar.  

Det bästa av två världar 

För Eszter Lakatos, som alltid varit intresserad av biologi, är kombinationen av matematik och barncancerforskning det bästa av två världar. Hon har tidigare forskat om nyttan med matematiska modeller för behandling av äggstockscancer, en cancerform som drabbar vuxna.  

– Men när jag förstod hur stor skillnad det är mellan vuxencancer och barncancer insåg jag också hur många frågor det finns om barncancer som inte har några svar. Då kände jag att min kunskap kanske kan vara till nytta inom det området också.  

Målet med Eszters forskning är att den här typen av digitala tvillingar ska kunna användas för att simulera ett tänkbart behandlingssvar redan från start när ett barn får en diagnos. En patolog analyserar en biopsi eller ett blodprov från patienten, vilket resulterar i individspecifik genetisk data som sedan kan matas in i den matematiska modellen. Därefter kan den digitala tvillingen ge ett svar på vilken behandling som är bäst för just den patienten. 

Men vägen dit är fortfarande lång. Först ska rätt ekvation tas fram och därefter behövs omfattande testning och kliniska studier göras för att säkerställa att modellen ger korrekta svar. Just nu har Eszter ett tvåårigt projektanslag från Barncancerfonden för att kunna bedriva sin forskning.  

– Jag är jätteglad att de vågade satsa på ett så pass teoretiskt projekt som det här. Och kul att de vågar tänka utanför boxen! 

Farmakogenetik och digitala tvillingar

Farmakogenetik är ett relativt nytt forskningsområde som utforskar svar på läkemedelsbehandling utifrån tumörens och individens unika genetiska data. Det har uppkommit i takt med det ökade behovet av kunskap kring kopplingen mellan genetisk variation och risk för biverkningar av läkemedel eller resistens mot vissa behandlingar. Att använda så kallade digitala tvillingar inom farmakogenetiken är ett sätt att simulera behandlingssvaret hos patienten med matematiska modeller utifrån den genetiska informationen som finns tillgänglig. Det är möjligt bl.a. tack vare den helgenomsekvensering som erbjuds alla barn med cancer i Sverige.   

Farmakogenetik är ett viktigt steg inom precisionsmedicinen för att hitta mer individanpassade behandlingar för barncancer, för att fler barn ska överleva sin cancer och för att förbättra livskvaliteten efter cancern.  

Onormala kromosomer kan förklara neuroblastom

Genom att studera en speciell typ av omogna celler i nervsystemet har docent Ninib Baryawno kartlagt hur de riskerar att utvecklas till cancerceller. Om kromosomantalet blir fel är det en trolig orsak till att neuroblastom uppstår hos barn. Studiens resultat publicerades nyligen i den vetenskapliga tidskriften Molecular Cancer och avslöjar en möjlig förklaring till varför denna aggressiva barncancersjukdom uppstår och vilka förändringar som påverkar utvecklingen.

Läs mer