Nagrody Naukowe

Leczenie matematyką

Biomatematyka – zaplecze medycyny

„Lekarze wcale nie muszą się znać na matematyce. Medycyna ma swój fundament w biologii i niech tak zostanie. Warto jednak umieć korzystać z doświadczeń innych, nie bać się interdyscyplinarnośći”. „Lekarze wcale nie muszą się znać na matematyce. Medycyna ma swój fundament w biologii i niech tak zostanie. Warto jednak umieć korzystać z doświadczeń innych, nie bać się interdyscyplinarnośći”. Velkol / PantherMedia
Rozmowa z dr. Janem Poleszczukiem, laureatem Nagrody Naukowej POLITYKI, o tym, jak można skuteczniej walczyć z rakiem.
Dr Jan PoleszczukLeszek Zych/Polityka Dr Jan Poleszczuk
Polityka

Paweł Walewski: – Było wiele żartów o babie przychodzącej do doktora. Ale żeby do matematyka? Ma pan ambicje, by leczyć ludzi?
Jan Poleszczuk: – To dopiero byłoby irracjonalne! Nie, nigdy nie miałem takich aspiracji. Pacjenci nie mają więc po co do mnie przychodzić, ale mam nadzieję, że lekarze kiedyś zaczną.

Kiedy pan zauważył, że matematyk może się przydać medycynie?
Pamiętam to dokładnie. W 2008 r., gdy byłem na trzecim roku matematyki na Uniwersytecie Warszawskim, szukałem tematu do swojej pracy licencjackiej. Zaczytywałem się wtedy w magazynie „Świat Nauki” i trafiłem na artykuł poświęcony tworzeniu nowych naczyń krwionośnych wokół guzów nowotworowych. Hipoteza stara, sięgająca lat 70. XX w., ale autor tekstu zwracał uwagę, że jeśli poda się odpowiednią dawkę leków zatrzymujących proces angiogenezy, można zwiększyć efektywność chemioterapii. Zacząłem się zastanawiać: skąd wiadomo, jaka to powinna być dawka, ile inhibitorów należy podać? Postanowiłem zaproponować model matematyczny, który pomógłby to określić.

Interesując się onkologią, rzucił się pan na głęboką wodę.
Moja promotorka prof. Urszula Foryś z Zakładu Biomatematyki i Teorii Gier bardzo mnie w tym wsparła. To ona mi pokazała, na czym polega biomatematyka i jak ważne zaplecze stanowi dla medycyny. To było moje pierwsze doświadczenie z literaturą medyczną, musiałem poznać podstawy chorób nowotworowych, wgryźć się w metody ich leczenia.

Może warto było wtedy przenieść się na medycynę?
Byłem przeciążony niełatwymi studiami matematycznymi. Poza tym już na trzecim roku studiów założyłem rodzinę, urodził mi się syn. Rozpoczynanie nowego kierunku nie wchodziło w rachubę.

I nigdy pan nie myślał, aby zostać lekarzem?
Przyszło mi to do głowy rok temu, kiedy wróciłem z dwuletniego stażu w Moffitt Cancer Center w Tampie na Florydzie. Sprawdziłem nawet warunki przyjęcia na Warszawski Uniwersytet Medyczny. Ale ponieważ musiałbym jeszcze raz zdawać maturę, uznałem, że przy nawale obowiązków chybabym nie podołał. No i nigdy nie planowałem zostać lekarzem! Interesowała mnie jedynie fizjologia, budowa ludzkiego ciała, farmakologia – dziedziny dające wgląd w to, czym i tak się zajmuję.

Od pewnego czasu zrozumieliśmy, że aby wygrywać z następstwami chorób cywilizacyjnych, takich choćby jak rak, nie da się medyków odizolować od innych dziedzin nauki: genetyki, biofizyki, biotechnologii. Pana przykład pokazuje, że również od matematyki.
Zauważyłem to w Tampie, podczas wspólnych spotkań lekarzy z biologami, chemikami i fizykami. Każdy z nas posługiwał się innym językiem, choć wszyscy mówiliśmy po angielsku. Nie interesując się tym, co mamy sobie do powiedzenia. Jako matematyk byłem w tym gronie na uprzywilejowanej pozycji, bo moja dziedzina dała mi akurat umiejętność zlepiania różnych faktów. Potrafiłem informacje z wielu dziedzin składać, jakbym montował zabawkę z klocków Lego. Lekarze i biolodzy z podziwem patrzyli, jak model matematyczny – a nie intuicja, która może ich czasem wywieść w pole – podpowiada właściwe kierunki dalszych badań.

Dlaczego matematyka jest takim lepiszczem, spoiwem obserwacji z zakresu różnych dyscyplin?
Matematyka to definicje, operuje bardzo ścisłymi terminami. Udostępnia zbiory zasad, obserwacji, zbiory faktów. W dużo większym stopniu niż inne dziedziny nauki uczy warsztatu, jak logicznie je ze sobą łączyć.

Ale często przecież się mówi, że medycyna to nie matematyka. I dwa plus dwa nie zawsze przy przewidywaniu przebiegu choroby równa się cztery.
To prawda. Ale sentencja ta jest słuszna tylko w takim wypadku, gdy na losy kuracji czy przebieg choroby nie patrzymy w odpowiedniej perspektywie. Nie mając dostępu do zbioru danych i nie znając wszystkich parametrów, rzeczywiście żaden przytomny lekarz nie może choremu niczego zagwarantować ani przewidzieć jego losów – dlatego dwa plus dwa nie równa się cztery. Jednak gdy dogłębnie poznamy wszystkie fakty, to nasze równanie nie będzie już miało niewiadomych. Okaże się, że jesteśmy bardzo blisko tej czwórki.

Czy lekarzy łatwo do tego sposobu myślenia przekonać?
Niestety nie. Mówienie im, że mam jakiś model, który może się sprawdzić w praktyce, nic nie daje. Lekarze mają przed sobą pacjentów, a nie komputery, więc modele matematyczne są dla nich sztucznym tworem. Nie przeszkadza im to, że często przy badaniach klinicznych nie są w stanie wyznaczyć dokładnych dawek nowych leków, że muszą to robić metodą prób i błędów, choć matematyka mogłaby im w tym pomóc. Musiałem więc nauczyć się mówić ich językiem: „Wydaje mi się, że wiem, w który guz przerzutowy uderzyć dawką promieniowania przy radioterapii, aby przyniosło to najlepszy efekt”.

Uwierzyli?
Już jakiś czas temu zaobserwowano, że jeśli wiązkę promieni celujemy w jeden guz przerzutowy, to inne też reagują na taką terapię. Moje badania miały służyć wyborowi najlepszego celu – które skupisko raka przerzutowego ugodzić promieniami, by przyniosło to jak najlepszy efekt w połączeniu z immunoterapią. W USA onkolodzy też podchodzili do moich matematycznych modeli z rezerwą. W końcu zauważyli, że mogę być przydatny, bo łatwiej mi pewne rzeczy przewidzieć. Sami zaczęli zgłaszać się z pytaniami.

To matematycy powinni nauczyć się języka medycznego czy raczej lekarze – matematyki?
Mówimy o dłuższym procesie, który siłą rzeczy kiedyś na pewno scali te dziedziny. Co do tego nie mam żadnych wątpliwości. Dziś mamy etap bardzo wczesny i według mnie to biomatematycy powinni wykazać się większą wiedzą medyczną, to powinna być nasza inicjatywa. Tym bardziej przydatna, im szybciej medycyna będzie się personalizować.

We współczesnej onkologii już ważniejsze z punktu widzenia doboru leków są konkretne receptory na powierzchni guza niż jego lokalizacja. Są charakterystyczne nie tylko dla konkretnego raka, ale też pacjenta.
W dobie analizy genomu, kiedy można sprawdzić, jakiego typu mutacje występują w komórkach nowotworowych, rak został pofragmentowany na wąskie schorzenia i stał się zespołem chorób rzadkich. Z modeli komputerowych udaje się wywnioskować, jaką przewagę dają pewne mutacje: czy np. zwiększą oporność na chemioterapię, czy spowolnią wzrost guza. Te modele generują hipotezy, co robić dalej: jaki szlak w komórce zaatakować, jakie leki łączyć, w jakich dawkach?

Odpowiedzi na te pytania lekarze szukają w badaniach klinicznych. To nie wystarcza?
Badania kliniczne mają mnóstwo ograniczeń. Przede wszystkim ich protokoły terapeutyczne są bardzo wyselekcjonowane. Sami lekarze przyznają, że to tylko wycinek wszystkich możliwości, nieoddający prawdy, jak badany lek zadziałałby w różnych innych kombinacjach. My próbujemy to przewidzieć, kierując się przykładem wirtualnych testów zderzeniowych. Otóż w przemyśle motoryzacyjnym było kiedyś tak, że powstawał prototyp samochodu, którym wjeżdżało się w ścianę, by wykryć przy zderzeniu błędy konstrukcyjne. Obecnie koncerny dysponują modelami wirtualnymi swoich aut i zanim pojawi się prototyp, na komputerze przeprowadza się symulacje takich zderzeń, co ułatwia stworzenie modelu bliskiego ideału bez niepotrzebnych strat. W medycynie może być podobnie: próba kliniczna z udziałem chorych powinna być poprzedzona analizami matematycznymi, łączącymi różne komponenty, aby efekt był jak najlepszy i koszty jak najmniejsze.

Co lekarz będzie miał z informacji uzyskanych na podstawie modelu teoretycznego, jeśli dawkę leku lub promieniowania musi dopasować do konkretnego pacjenta?
Od stu lat staramy się w onkologii, jak i w całej medycynie, podnieść efektywność. Czyli ustalamy znormalizowany protokół leczenia, by krzywa przeżycia rosła. Gdy dochodzimy do punktu, kiedy nie można już niczego poprawić – jest miejsce na indywidualny dobór leków i wtedy zaczyna się wspomniana personalizacja. Mam wrażenie, że jeszcze nie doszliśmy do tego punktu, aby nie dało się polepszać średniej wyleczalności. I moja praca służy właśnie tym protokołom ogólnym, dla wszystkich chorych. Dlatego prowadzę badania, w których staram się zwiększyć efektywność radioterapii i chemioterapii, stanowiących podstawę kuracji onkologicznych dla olbrzymiej rzeszy chorych.

Na przykład przy raku piersi standardowa procedura polega najpierw na chirurgicznym usunięciu guza, a następnie zastosowaniu radioterapii. Ale przecież wiadomo, że odpowiednia dawka promieni potrafi pobudzić układ odporności do walki z nowotworem. Skoro tak, to dlaczego nie wykorzystać tego przed operacją, aby szybciej zmobilizować organizm, a potem wyciąć to, co jest do wycięcia?

Ale onkolodzy powiedzą: chcemy usunąć skalpelem raka jak najszybciej.
Wystarczyłoby przed zabiegiem podać kilka impulsów w ciągu 2 tygodni, a nie miesięczny kurs radioterapii. Z rozmów z lekarzami odniosłem jednak wrażenie, że głównym powodem, dla którego chirurdzy nie rozważają tego pomysłu, jest to, że nie lubią ciąć tkanek po naświetlaniu, gdyż jest tam często stan zapalny i mogą być zwłóknienia. To są uwarunkowania techniczne, a nie logiczne.

Czy myślenia matematycznego jest za mało we współczesnej medycynie?
Trudno powiedzieć. Może w matematyce jest za mało biologii? Jakiś czas temu ktoś wpadł na pomysł, by matematykę bardziej upraktycznić. Ale moim zdaniem nie tędy droga. Poznałem różne działy matematyki, co pozwala mi dobierać odpowiednie narzędzia przy rozwiązywaniu problemów, jakimi się zajmuję, a następnie, jeśli potrzeba, szukać matematyków, którzy wiedzą, jak je dogłębnie zanalizować. Ci, którzy na Zachodzie wyspecjalizowali się w różnych kierunkach matematyki stosowanej, nie potrafią dziś poruszać się swobodnie przy dobieraniu tych narzędzi. Dlatego uważam, że lekarze wcale nie muszą się znać na matematyce. Medycyna ma swój fundament w biologii i niech tak zostanie. Warto jednak umieć korzystać z doświadczeń innych, nie bać się interdyscyplinarności. A tej niestety u nas wciąż za mało. Gdy ubiegam się o grant na badania w kręgach matematyków – odsyłają mnie na medycynę. Z kolei oceniający granty w medycynie dziwią się, czego tu szuka matematyk?

rozmawiał Paweł Walewski

***

Dr Jan Poleszczuk – tegoroczny laureat Nagrody Naukowej POLITYKI w kategorii nauki ścisłe. Ma 31 lat, pracuje w Instytucie Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej Polskiej Akademii Nauk. Jest matematykiem wspierającym wiedzą ze swojej dziedziny lekarzy, zwłaszcza onkologów. Jego praca zorientowana jest na zwiększenie skuteczności radioterapii i chemioterapii. Wyniki swych badań prezentował zarówno w kilkudziesięciu publikacjach, jak i na licznych międzynarodowych konferencjach.

Polityka 47.2017 (3137) z dnia 21.11.2017; Nauka; s. 70
Oryginalny tytuł tekstu: "Leczenie matematyką"
Więcej na ten temat
Reklama
Reklama