Kanserler, karmaşık dinamik sistemler olarak görülebilir, çünkü bunlar zaman ve mekan üzerinde değişebilen birçok etkileşimli parçaya sahiptir.
Moffitt Kanser Merkezi Entegre Matematik Onkoloji Bölümü‘ndeki araştırmacılar, kanseri anlamak ve kontrol etmek için birçok değişkeni hesaba katarak, matematiksel yöntemler kullanmaktadırlar. Cancer Research ‘ün Mayıs sayısında kapak makalesi olarak görülen son çalışmaları, matematiksel modellerin, farklı tümör hücresi popülasyonlarının birbirleri ile nasıl etkileşim kurduğunu ve değişen bir çevreye nasıl tepki verdiğini tahmin etmek için kullanılabileceğini gösteriyor. Kanserlerdeki karmaşık dinamikleri anlamak için matematik modellerini kullanarak, daha az agresif olan hücrelerin büyümesi teşvik edilmiş oluyor. Böylece araştırmacılar, tümörün büyümesini azaltmak için çevrede küçük değişiklikler yapabileceklerini keşfettiler.
Tek bir tümör birçok farklı hücre popülasyonundan oluşur. Deneysel ve matematiksel çalışmaların bir kombinasyonunu kullanan Moffitt araştırmacıları, birçok farklı tümör tipinde bir arada bulunan iki farklı hücre popülasyonu tanımladı:
İlki; çevredeki alanı istila edebilen ve metastaz oluşturmak için göç edebilen agresif bir hücre popülasyonu; diğeri ise bir yerde kalmaya ve kan damarları üretmeye yardımcı olan invaziv olmayan bir hücre popülasyonu.
Gözlemlere göre, farelerde büyüyen tipik kanserlerde, invaziv hücreler daha çok sayıda bulunuyor. Ayrıca bir tümörde non-invaziv hücrelere kıyasla hayatta kalma avantajına daha çok sahipler.
Ancak evrim prensipleri, herhangi bir organizmanın (bitkiler, hayvanlar veya tümör hücreleri) davranış ve eylemlerinin, avantaj ve dezavantajlarla birlikte olmasını şart koşar. İnvaziv hücrelerin çevresindeki dokuları istila etme kabiliyeti nedeniyle bir avantajı olsa da, bu invaziv doğanın da dezavantajları vardır: Sınırlı kaynaklardaki ve çevrelerindeki değişime duyarlılığın artması.
Bilgisayar Modelleme
Araştırmacıların bilgisayar modellerini kullanmalarının amacı, tümör içindeki pH’ın küçük değişimlerinin dengesini bozabileceğini göstermektir.Bunula birlikte; invaziv (yayılmacı) hücrelerin hayatta kalma avantajını, invaziv olmayan hücreler lehine düşürdüğünü tahmin etmek için kullandılar.
Prostat kanserinin hücre kültürü ve fare modelleri, matematiksel model tahminlerini doğrulamıştır. Araştırmacılar, prostat tümörlerinin çevresindeki pH değerini değiştirmek için farelerin içme suyuna sodyum bikarbonat eklediler. Tümör içerisindeki invaziv olmayan hücrelerin, invaziv tümör hücreleri üzerinde hayatta kalma avantajı geliştirdiklerini bulmuşlardır.
Sonuç olarak, farelerde prostatla sınırlı olan daha küçük tümörler vardı. Meme kanseri fare modelinde de benzer sonuçlar gözlemlendi.
Karmaşık dinamik sistemlerde, kanatlarını Japonya’da çırpan kelebeğin, Teksas’ta kasırga yaratması gibi (kelebek etkisi) bir durum ortaya çıkar.
Moffitt araştırmacıları, karmaşık sistemlerin bazı küçük dalgalanmaları (yani dalgalanan kelebek kanadı) büyütme eğiliminin aslında kullanılabileceğini göstermektedir.
Eko-evrimsel dinamikler ve matematiksel modellerden gelen girdiler yeterince anlaşılırsa; kanserler, küçük biyolojik kuvvet uygulayarak daha az invaziv büyüme modeline yönlendirilebilir.
