Matematik giver mere effektiv kr?ftbehandling
RUC’s matematiske kortl?gning af blodkr?ft udspringer af en invitation fra Sj?llands Universitetshospital. Hans Hasselbalch, overl?ge ved h?matologisk afdeling, kontakter i 2015 Roskilde Universitet for at f? hj?lp til en bedre forst?else af, hvordan blodproduktion og kr?ft p?virker hinanden. M?ls?tningen har fra dag ét v?ret at udvikle metoder, der med st?rre statistisk sikkerhed kan sammenligne eksisterende behandlingstilbud og m?lrette dem til den enkelte patient.
P? universitetet sidder Morten Andersen, som er matematiker og arbejder i gr?nselandet mellem matematik og biologi. I de seneste ?r er hovedparten af tiden som forsker p? RUC blevet brugt p? at oms?tte biologisk viden om sygdomme til matematisk modellering, som kan skubbe til b?de forst?elsen af sygdommen og guide til de mest effektive behandlings tilbud.
Bedre samlet billede af kr?ftsygdommen
Han er en del af RUC’s fagmilj? i matematisk biovidenskab, som er én blandt f? grupper i Europa, der har specialiseret sig i matematisk kr?ftforskning. I s?rdeleshed koblingen mellem blodkr?ft og kronisk inflammation, der opst?r som en del af kroppens immunforsvar, n?r kr?ften rammer. Det har skabt en ny ramme for at forst?, hvordan blodproduktion, kr?ft og inflammation p?virker hinanden. Ud fra kliniske data – oftest blodpr?ver – kan modellen mere detaljeret beskrive, hvad l?ger skal m?le p? for at stille pr?cise diagnoser, hvordan kr?ften udvikler sig, og om kr?ftbehandlingen er effektiv.
?Vi har mange solide resultater fra den biologiske forskning, som udg?r brikkerne i det puslespil, som vi fors?ger at samle for at forst? kr?ft. Men hvis vi ikke kan oms?tte biologien til ligninger og modeller, vi kan regne p?, er det n?sten umuligt at gennemskue, hvad de enkelte delresultater betyder for det samlede billede af sygdommen. N?r vi s?tter matematik til biologien, kan vi fokusere p? de v?sentligste ?rsager og unders?ge, hvilke mulige udfald der er matematisk. Den viden kan vi f?re direkte tilbage til de l?ger, der behandler patienter,? fort?ller Morten Andersen, der sammen med sine kollegaer nu har opstillet matematiske modeller i t?t samarbejde med l?ger og molekyl?r biologer fra Sj?llands Universitetshospital.
?Baseret p? m?linger i de f?rste m?neder, efter at en ny behandling er sat i gang, hj?lper modellerne til at sige noget om, hvad der sker over tid. Modellerne kan alts? b?de indfange kr?ftudvikling og effekterne af behandling. For med baggrund i modellerne kan vi dokumentere, at hvis man skruer p? f? parametre, vil antallet af kr?ftceller falde i stedet for at stige. S? sagt meget firkantet kan vores model sammenholdt med individuelle kliniske data fastsl?, hvorn?r og hvordan patienternes sygdom n?r ned under et kritisk niveau,? siger Morten Andersen.
Samarbejdet har ikke alene givet adgang til at analysere eksisterende blodpr?ve data fra patienter. L?ger og forskere p? tv?rs af naturvidenskab p? Roskilde Universitet har ogs? sammen kunnet optimere, hvad der pr?cis skal m?les p? i blodpr?verne for at kunne opstille pr?cise modeller, som kan guide til bedre diagnoser og behandlings forl?b.
Matematikkens mikroskop
I matematisk kr?ftforskning fungerer modeller og ligninger som et matematisk mikroskop, der kan se ind steder, hvor forskere normalt ikke kan m?le: I en syg patient er det eksempelvis umuligt at m?le p? alting p? én gang. Selv hvis det var muligt, er det vanskeligt at teste, hvad der er ?rsag og virkning. S?rligt n?r kroppens pr?cise mekanismer for blodproduktion kommer ud af balance.
?Forestillingen om, at vi skal fors?ge at m?le p? alting p? én gang – hvilket teoretisk set ville v?re fantastisk – er i virkelighedens verden helt h?bl?s. Blodpr?ver kan tages ofte og relativt smertefrit, men det er sv?rt at m?le p? noget i knoglemarven. For selv om det er muligt at tage biopsier i knoglemarven, er det ikke noget, man skal g?re hele tiden: Det g?r hammer ondt p? patienten.?
Selv hvis forskere og l?ger var villige til at se stort p? smerter og ubehag for patienter, er det med de nuv?rende metoder hverken muligt at m?le samtidigt eller ofte nok p? alle interessante parametre. En matematisk model derimod giver mulighed for at koble processerne, s? m?linger af 90% af systemet indirekte afsl?rer ny viden om de 10% af systemet, der ikke kan m?les p?. For ligningerne ops?tter sn?vre b?nd for, hvordan det um?lelige teoretisk kan opf?re sig:
?En matematisk model giver mulighed for at ?ndre i effekterne og dermed ogs? afg?re, hvad der er ?rsag og virkning. Derfor komplementerer vores forskning i h?j grad den kliniske forskning. Vi kan lave mange unders?gelser i en matematisk model, uden at det er til skade for mennesker. Ogs? unders?gelser det ville v?re st?rkt uetisk at foretage p? mennesker,? forklarer Morten Andersen.
100 mia. blodceller om dagen
En rask krop producerer hver dag lige s? mange blodceller, som der er stjerner i M?lkevejen. Det bliver til i alt ca. 100 mia. nye blodceller af forskellige typer, og kroppen regulerer meget pr?cist, hvordan blod bliver produceret. Processen starter i knoglemarven, mens de modne blodceller cirkulerer i blod?rene. Denne afkobling imellem, hvor cellerne bliver produceret i kroppen, og hvor de bliver anvendt, er helt central for forst?elsen af blodkr?ft: Sygdommen opst?r, n?r reguleringen holder op med at virke pr?cist, og der eksempelvis bliver produceret for mange af én slags celler, eller n?r cellerne ikke fungerer efter hensigten. Ved ’myeloprofilerative neoplasier’, den type af blodkr?ft som Morten Andersen har unders?gt, er den indledende konsekvens af sygdommen, at der bliver produceret for mange blodceller. Det betyder typisk, at det f?rste tegn p? sygdommen er, at patienterne f?r en blodprop.
Matematisk modellering bliver central for at forst? sygdommen, fordi det kan v?re m?den at gennemskue, hvad der er ?rsag og konsekvens i et uhyre kompleks samspil af processer. For der er ikke tale om en én-vejs-udvikling fra blodcellernes opst?en i knoglemarven og til blodets funktion i kroppen: Et helt netv?rk af feedback-signaler kommunikerer tilbage og regulerer produktionen af blodceller i knoglemarven, hvor sunde, blodproducerende stamceller konkurrerer med muterede kr?ft-stamceller om plads og adgang til n?ringsstoffer. En proces der igen p?virkes af, hvordan kroppens immunforsvar reagerer ved at h?ve niveauet af kronisk inflammation.
?Aktuelt unders?ger vi n?rmere, om det i sig selv giveren bedre prognose for kr?ft, hvis vi kan h?mme inflammation i kroppen,? forklarer Morten Andersen.
?Vores matematiske beregninger har givet os grund til at overveje, om vi kan p?virke selve kr?ftsygdommen positivt ved at h?mme inflammation.?
Et unikt samarbejde
For Morten Andersen er noget det mest centrale ved den matematiske kr?ftforskning p? Roskilde Universitet, at den sker i et t?t, forpligtende samarbejde med en klinisk afdeling p? et hospital – og p? baggrund af en konkret henvendelse, hvor l?ger ?nsker en st?rre matematisk indsigt for at kunne sammenligne effekten af forskellige behandlinger:
?Det giver mig blod p? tanden, n?r jeg ser, hvor langt vi p? Roskilde Universitet er kommet inden for matematisk kr?ftforskning i vores samarbejde med l?ger. Det er alvorlige problemer, vi fors?ger at l?se, og jeg har store forventninger til, at vi om 20 eller 30 ?r har betydet meget for mange menneskers liv og sundhed.?
Udgivet i Rubrik #16, 2019
Om kr?ftformen Myeloprofilerative Neoplasier
Mange s?tter nok instinktivt lighedstegn mellem blodkr?ft og leuk?mi, men i realiteten findes der en lang r?kke forskellige typer af blodkr?ft. Morten Andersen og hans forskningsgruppe har i de seneste ?r lavet matematisk modellering af kr?ftformer kendt som myeloprofilerative neoplasier. F?lles for disse kr?ftsygdomme er, at de stamceller i knoglemarven, der skal blive til blodceller, vokser ukontrolleret. Sygdommen h?rer under de s?kaldte ’kroniske myeloprofilerative sygdomme’. I Danmark levede 4125 personer med den diagnose ved udgangen af 2016. Kilde: Kr?ftens Bek?mpelse