A kutatócsoport kutatási témája
A Számítógépes Terápiaoptimalizálás Kutatócsoport célja olyan matematikai és mérnöki módszerek fejlesztése, amelyek az élettani folyamatok modellezésével és az orvosi terápiák optimalizálásával segítik a személyre szabott kezelések kialakítását. Kiemelt kutatási területünk a daganatos betegségek matematikai modellezése és a kemoterápiás kezelések optimalizálása. Célunk olyan algoritmusok kidolgozása, amelyek az egyéni betegadatok alapján számítják ki az optimális gyógyszeradagokat, csökkentve a mellékhatásokat és maximalizálva a túlélési esélyeket.
Kutatásaink az élettani folyamatokat leíró differenciálegyenletekre épülnek, amelyeket mérésekkel személyre szabunk, és optimalizálási algoritmusokat fejlesztünk a terápiás hatékonyság növelésére. Az általunk alkalmazott modell négy állapotváltozós rendszert használ, amely figyelembe veszi a tumor növekedését, a halott tumor sejtek dinamikáját, valamint a gyógyszer farmakokinetikáját és farmakodinamikáját. Az optimalizálási megközelítés célja a gyógyszerszint fenntartása egy adott hatékonysági küszöb felett, a minimálisan szükséges dózisokkal.
Többféle stratégiát dolgoztunk ki a gyógyszeradagolás optimalizálására:
- Maximális hatékonyságot biztosító személyre szabott terápia – célja, hogy a gyógyszerkoncentráció mindig a terápiás határérték felett maradjon.
- Minimális dózissal fenntartott hatásosság – olyan algoritmusok fejlesztése, amelyek a tumor térfogatának növekedését minimális gyógyszeradaggal gátolják.
- Robusztus terápia – amikor a betegspecifikus paraméterek nem ismertek, akkor egy szélesebb betegpopulációra optimalizált stratégiát alkalmazunk.
A módszereink nemcsak a daganatterápiában alkalmazhatók, hanem más gyógyszeradagolási problémákra is kiterjeszthetők, például antibiotikum-kezelések vagy egyéb farmakológiai beavatkozások optimalizálására. Kutatásainkat kísérleti adatokkal validáljuk, és algoritmusainkat valós biológiai rendszereken teszteljük, hogy azok minél hamarabb alkalmazhatóvá váljanak a klinikai gyakorlatban.
Főbb eredmények
Az IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics folyóiratban megjelent cikkünkben bemutatjuk az általunk kifejlesztett algoritmusokat, amelyekkel impulzív rendszerelméleti módszereket alkalmazva optimalizáltuk a kemoterápiás gyógyszeradagolást.
Főbb eredmények:
- Olyan matematikai modell alapú terápia-optimalizációs algoritmusokat fejlesztettünk, amelyek személyre szabott gyógyszeradagolást tesznek lehetővé, csökkentve a felesleges dózisokat és mellékhatásokat.
- Az algoritmusainkat állatkísérleteken validáltuk. Egereken végzett in vivo kísérletek során a fejlesztett módszerekkel jelentősen megnöveltük az egerek túlélési idejét egy általánosan használt kemoterápiás protokollhoz képest.
- Kifejlesztettünk egy intervallum-algebrai megközelítést, amely lehetővé teszi, hogy a terápia akkor is hatékony maradjon, ha a betegspecifikus paraméterek bizonytalansága nagy.
- Az alkalmazott impulzív irányításelméleti módszerek képesek figyelembe venni a gyógyszerek időszakos adagolását, biztosítva a hatékony és fenntartható terápiás stratégiákat.
Ezek az eredmények új utakat nyitnak a daganatterápiák matematikai alapú megközelítéseiben, és hozzájárulhatnak a személyre szabott orvoslás fejlődéséhez, valamint a jövőbeni klinikai alkalmazásokhoz.
Pályázatok:
2015-2016: FP7-PEOPLE-2012-IRSES-316338 “Dynamical Systems and Applications”
2016- 2021: European Research Council Starting Grant ERC-StG 67968 ”Tamed Cancer”
2017- : H2020-MSCA-RISE-2017, Proposal No. 777911, „Dynamics”, „Contributions to codimension k bifurcations in dynamical systems theory
