Modelagem matemática da imunoterapia com células CAR T

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Rodrigues, Brendon de Jesus
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do LNCC
Texto Completo: https://tede.lncc.br/handle/tede/283
Resumo: Diversos estudos comprovam que o câncer já é uma das principais causas de morte no mundo. Essa doença de impacto global impulsionou grandes avanços no que diz repeito a protocolos de tratamento. Uma das terapias que vem recebendo grande atenção é a imunoterapia, que estimula o sistema imune do próprio paciente para induzir resposta anti-tumoral. A terapia celular adotiva, por exemplo, utiliza células do sistema imune do paciente, mais especificamente linfócitos, para efetuar a eliminação do tumor. Recentemente a imunoterapia ganhou grande impulsão com a terapia com células CAR T. Nela, linfócitos T são manipulados geneticamente para aumentar a eficiência da eliminação. Apesar de ter se mostrado bastante eficaz no combate à alguns tipos de câncer, questões como custo, identificação de marcadores de antígeno, toxicidade, inibidores do checkpoint imunológico, mecanismos de resistência dentre outras, permanecem em aberto e são alvo de intensa pesquisa atualmente. Neste trabalho desenvolvemos um modelo baseado em equações diferenciais ordinárias para descrever a resposta tumoral devido à imunoterapia com células CAR T. Consideramos as interações entre as células tumorais e as efetoras, e a diferenciação destas em células de memória. Consideramos os efeitos de supressão do sistema imune pelo tumor e da conversão das células de memória em células efetoras na presença de células cancerosas. O modelo foi parcialmente calibrado utilizando dados da literatura e foi capaz de representar a eliminação do tumor tanto após a terapia quanto em caso de recidiva do tumor, consequência da proteção decorrente da memória imunológica. Através de simulações e de um método simples de análise de sensibilidade identificamos três possíveis resultados da imunoterapia, caracterizando as três fases da imunoedição do câncer. A análise de sensibilidade permitiu identificar os parâmetros do modelo que mais interferem na eliminação, equilíbrio e escape (fuga) do tumor.
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Apesar de ter se mostrado bastante eficaz no combate à alguns tipos de câncer, questões como custo, identificação de marcadores de antígeno, toxicidade, inibidores do checkpoint imunológico, mecanismos de resistência dentre outras, permanecem em aberto e são alvo de intensa pesquisa atualmente. Neste trabalho desenvolvemos um modelo baseado em equações diferenciais ordinárias para descrever a resposta tumoral devido à imunoterapia com células CAR T. Consideramos as interações entre as células tumorais e as efetoras, e a diferenciação destas em células de memória. Consideramos os efeitos de supressão do sistema imune pelo tumor e da conversão das células de memória em células efetoras na presença de células cancerosas. O modelo foi parcialmente calibrado utilizando dados da literatura e foi capaz de representar a eliminação do tumor tanto após a terapia quanto em caso de recidiva do tumor, consequência da proteção decorrente da memória imunológica. Através de simulações e de um método simples de análise de sensibilidade identificamos três possíveis resultados da imunoterapia, caracterizando as três fases da imunoedição do câncer. A análise de sensibilidade permitiu identificar os parâmetros do modelo que mais interferem na eliminação, equilíbrio e escape (fuga) do tumor.Several studies show that cancer is already the leading cause of death in the world. This disease of global impact has boosted great advances in terms of treatment protocols. One of the therapies that has received great attention is immunotherapy, which stimulates the patient’s immune system to induce an anti-tumor response. Adoptive cell therapy, for example, uses cells from the patient’s immune system, more specifically lymphocytes, to effect tumor elimination. Recently immunotherapy has gained great momentum with CAR T-cell therapy. In the CAR T (chimeric antigen receptor) cellular therapy, T lymphocytes are genetically manipulated to recognize the tumor specific antigen to increase elimination efficiency. Although it has proved to be quite effective in combating certain types of cancer, issues such as cost, identification of antigen markers, toxicity, immunological checkpoint inhibitors, resistance to immunotherapy, among others, remain open and are the subject of intense research nowadays. In this work we develop a mathematical model based on ordinary differential equations to describe tumor response to CAR T therapy. We consider interactions between tumor cells and effector cells, and T-cell differentiation into memory cells. We consider the tumor induced immunossupression effect as well as the conversion of memory cells into effector cells in the presence of tumor cells. We partially calibrate the model using data from the literature, and the model was able to represent tumor elimination either after the interaction with the CAR T cells or in case of a challenge due to the memory cells long-term immune protection. By performing simulations and using a simple method of sensitivity analysis we identify three possible immunotherapy results, characterizing the three stages of cancer immu- noediting. The sensitivity analysis allowed us to identify the parameters of the model that most interfere in the elimination, equilibrium and escape of the tumor.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorFundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de JaneiroLaboratório Nacional de Computação CientíficaCoordenação de Pós-Graduação e Aperfeiçoamento (COPGA)BrasilLNCCPrograma de Pós-Graduação em Modelagem ComputacionalAlmeida, Regina Célia Cerqueira deBarros, Luciana Rodrigues CarvalhoBarros, Luciana Rodrigues CarvalhoBonamino, Martrin HernanCosta, Michel Iskin da SilveiraMalta, Sandra Mara CardosoRodrigues, Brendon de Jesus2023-02-17T12:02:21Z2019-02-18info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfRODRIGUES, B. J. Modelagem matemática da imunoterapia com células CAR T. 2019. 105 f. 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