Marco computacional de multiphysics integrado con geometría derivada del paciente: Optimización computacional de la...

Área de la Ciencia:

• Oncología Computacional
• Biofísica
• Inmunoterapia

Sus antecedentes:

• El cáncer de próstata presenta resistencia a los inhibidores de puntos de control inmunitarios (ICB) debido a un microambiente tumoral (TME) complejo caracterizado por estroma denso, vasculatura desorganizada y alta presión de fluido intersticial (PFI).
• Los modelos computacionales existentes a menudo no logran integrar estos factores multifacéticos del TME, lo que limita su poder predictivo para la eficacia de los ICB.
• El TME único dificulta la penetración de fármacos y la infiltración de células inmunitarias, fomentando un entorno inmunosupresor.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un marco multifísico específico del paciente que integre geometrías de tumores de próstata derivadas de RM 3D con la normalización del TME y la entrega de PD-1/anti-PD-L1 basada en nanotransportadores.
• Simular respuestas a largo plazo (hasta 50 días) incluyendo memoria inmunológica y recurrencia, abordando las limitaciones de los tiempos de simulación más cortos.
• Investigar los efectos sinérgicos de la normalización del TME y la entrega de nano-ICB en la eficacia antitumoral.

Principales métodos:

• Integración de geometrías de tumores de RM 3D de TCIA en un marco de simulación multifísica.
• Incorporación de estrategias de normalización vascular y estromal para modificar las propiedades del TME (por ejemplo, permeabilidad vascular, rigidez de la ECM).
• Simulación de la entrega de PD-1/anti-PD-L1 basada en nanotransportadores y sus efectos a largo plazo en la dinámica de las células inmunitarias y la eliminación de células cancerosas.

Principales resultados:

• La normalización del TME redujo significativamente la PFI en más del 70% y aumentó la velocidad del fluido intersticial (VFI), facilitando la penetración de nano-ICB.
• Las simulaciones mostraron un aumento de la infiltración de células T CD8+ y una mayor eliminación de células cancerosas, con fracciones que alcanzaron 0.52 y 0.84 en los tumores analizados.
• La validación del modelo confirmó la robustez numérica y la independencia del tamaño de la malla y el paso de tiempo, con una variación inferior al 2% en los resultados clave.

Conclusiones:

• El marco multifísico específico del paciente modela eficazmente la interacción entre la mecánica del TME del cáncer de próstata y la nanoinmunoterapia.
• La normalización del TME combinada con la entrega de nano-ICB demuestra un potencial significativo para mejorar la eficacia antitumoral.
• Esta plataforma clínicamente aplicable puede optimizar el tratamiento individualizado del cáncer de próstata prediciendo la respuesta al tratamiento.