Modelado acoplado SDE-ODE de la dinámica tumoral-inmune para inferir la liberación de biomarcadores

Área de la Ciencia:

• Oncología matemática
• Biología computacional
• Inmunología

Sus antecedentes:

• Las interacciones tumoral-inmunológicas son críticas para la progresión del cáncer y los resultados del tratamiento.
• Los tumores en etapa temprana y la enfermedad residual posterior al tratamiento son difíciles de controlar debido a las pequeñas poblaciones de cáncer.
• El ADN tumoral circulante (ctDNA) sirve como biomarcador para la carga tumoral, pero los métodos de inferencia actuales son limitados, especialmente cerca de los umbrales de detección.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un marco sólido para inferir la carga tumoral de las señales de biomarcadores ruidosos (por ejemplo, ctDNA) en la enfermedad en etapa temprana o residual.
• Para vincular la compleja dinámica tumoral-inmune con los mecanismos de liberación de biomarcadores.
• Explorar el impacto de la información futura sobre los biomarcadores en el análisis retrospectivo de la enfermedad.

Principales métodos:

• Un marco determinista y estocástico acoplado que integra un modelo de Lotka-Volterra para la dinámica tumoral-inmune con una ecuación diferencial estocástica para la liberación de biomarcadores.
• Modelación de la liberación de ctDNA tanto de la muerte apoptótica mediada por el sistema inmunológico como de la muerte necrótica inducida por la competencia intra-tumoral.
• Utilizando el cálculo estocástico anticipado para incorporar información de biomarcadores futuros para el análisis retrospectivo.

Principales resultados:

• Soluciones analíticas derivadas para las trayectorias de los biomarcadores, incluido el tiempo medio de detección, por debajo de un umbral mínimo de detección.
• Demostró cómo la volatilidad de la señal, la heterogeneidad de la enfermedad y la presión inmune influyen colectivamente en la aparición y persistencia de los biomarcadores.
• Se demostró cómo los métodos anticipativos pueden refinar la dinámica de los biomarcadores inferidos utilizando observaciones futuras.

Conclusiones:

• El marco desarrollado proporciona un método sólido para conectar las interacciones tumoral-inmunológicas subyacentes con los niveles de biomarcadores detectables.
• Este enfoque tiene implicaciones significativas para mejorar la detección temprana del cáncer, monitorear las respuestas inmunes y reconstruir la progresión de la enfermedad retrospectivamente.
• La integración del cálculo anticipado ofrece nuevas ideas para analizar los datos de los biomarcadores, especialmente en los diseños de estudios retrospectivos.