Modelos matemáticos de dinâmica tumoral envolvendo metástase e imunoterapia

Abstract

A essência do câncer é caracterizada pelo crescimento desordenado de células que possuem a capacidade de invadir tecidos e órgãos adjacentes aos que estão lesionados. Classificado como um problema de saúde mundial, se encontra entre as quatro principais causas de morte em todo o mundo, sendo a metástase responsável por mais de 90% de todas as mortes relacionadas ao câncer. Com intuito de erradicar a doença, diversas terapias têm sido desenvolvidas, dentre as quais a imunoterapia vem ganhando destaque por não apresentar danos severos às células normais, tendo como finalidade reforçar o sistema imunológico do paciente para que o mesmo possa combater as células tumorais. Utilizando equações diferenciais, foram propostos nesta dissertação dois modelos matemáticos de metástase com abordagens imunoterápicas distintas. Em ambos os modelos, a metástase é modelada como um fenômeno migratório, em que duas populações de células tumorais coexistem e se desenvolvem em dois locais diferentes. No primeiro modelo, a imunoterapia é realizada através do aumento de influxo das células imunes e da interação entre as duas populações. Nesse modelo, foi obtido cenários onde temos a eliminação da população tumoral e outros em que a imunoterapia não é suficiente para combater o crescimento das células tumorais. No segundo modelo, utilizamos a terapia celular adotiva, com uso de células CAR T (linfócitos T modificados) no combate ao câncer, nesse modelo obtivemos cenários em que a imunoterapia é capaz de controlar o crescimento da população de células tumorais durante um tempo, porém, não foi capaz de eliminá-las.

The essence of cancer is characterized by the disordered growth of cells having the ability to invade tissues and injured adjacent organs. Classified as a world health problem, cancer lies among the four leading death causes worldwide, being metastasis responsible for over 90% of all cancer-related deaths. In order to eradicate the disease, several therapies are under development, being the immunotherapy on prominence for not causing severe damages to the normal cells, reinforcing the patient's immune system, so it can better fight the cancer cells. Using differential equations, this dissertation proposed two mathematical models for metastasis with different immunotherapeutic approaches. In both models, the metastasis is modeled as a migratory phenomenon, where two cancer cells populations coexist and develop themselves in two different locations. In the first model, immunotherapy is performed by increasing the influx of immune cells and the interaction between the two populations. In this model, we obtained scenarios where we have the elimination of the tumor population and others in which immunotherapy is not sufficient to combat the growth of tumor cells. In the second model, we used adoptive cell therapy, with the use of CAR T cells (modified T lymphocytes) to combat cancer. In this model, we obtained scenarios in which immunotherapy was capable of controlling the growth of the tumor cell population for a period of time, but was not capable of eliminating them.