一组生物工程师创建了一个数学模型，帮助解释为什么白介素-12（IL-12）——一种增强免疫系统并显示出癌症治疗前景的强大蛋白质——在作为治疗使用时效果随着时间推移而降低。这项研究质疑了之前关于IL-12在体内功能的公认信念，并为更安全和更有效的治疗方案铺平了道路。
来自莱斯大学的一组生物工程师设计了一个数学模型，揭示了为何白介素-12（IL-12）——一种增强免疫反应并具有癌症治疗潜力的强大蛋白质——作为免疫治疗时随着时间推移变得效力下降的原因。这项研究挑战了长期以来关于IL-12在体内作用的观点，并提供了一条通向更安全和更有效剂量策略的路径。
生物工程和化学教授、并担任生物工程系副主任的奥列格·伊戈辛解释说：“IL-12在癌症免疫治疗中具有相当大的潜力，但找到合适的剂量一直颇具挑战性。这也是过去三十年涉及IL-12的治疗在临床试验中未能达到预期的主要原因。”
IL-12被归类为细胞因子，这是一种免疫细胞用于沟通和协调身体防御机制对抗有害入侵者的蛋白质。从理论上讲，IL-12可以帮助身体将癌细胞识别为威胁，从而增强免疫系统靶向和摧毁肿瘤的能力。然而，实际上，即使在持续给药的情况下，IL-12在血液中的水平也会随着时间的推移而下降，IL-12引发的免疫反应也会减弱。这种反应的减少被称为去敏感化。
莱斯大学生物工程博士生乔纳森·德博尼斯表示：“理解IL-12去敏感化的过程对于创造有效的IL-12基础免疫疗法至关重要。”
德博尼斯指出，关于IL-12去敏感化的两种主要理论表明，要么该蛋白在重复给药后更快从血液中清除，要么每剂给药后进入血液的量更少。这一区别对于设计有效的给药方案至关重要，促使研究人员创建数学模型来预测这两种情况下的IL-12水平，并将其结果与临床试验数据进行比较。
德博尼斯表示：“第二种理论在现有文献中并不广泛讨论，但我们是第一个证明它确实是更可能的情况的研究者。”他是关于这项研究的研究论文《CPT: Pharmacometrics & Systems Pharmacology》的主要作者。
他们的发现质疑了普遍接受的观点，即身体在清除血液中的IL-12方面随着时间的推移变得更加高效，而是表明重复给药导致淋巴系统中的免疫细胞获得更多IL-12受体——细胞表面与该蛋白结合的位点。因此，这些细胞在IL-12能够进入血液之前就积累了IL-12，从而限制了其他免疫细胞的激活，并降低了强烈级联免疫反应的潜力。
德博尼斯表示，这一发现可能会对IL-12治疗的发展产生显著影响。“我们最终的目标是创建一个能够准确预测IL-12在体内随时间变化的暴露的算法。这将有助于设计出在肿瘤部位直接集中高IL-12水平的同时，尽量减少血液暴露的治疗。”
在接下来的研究阶段，团队打算进一步完善他们的模型，以预测对IL-12更细微的免疫反应。这一进展可能使他们更接近开发适应性、实时给药系统。他们的工作是一个更广泛的倡议的一部分，旨在优化生物治疗，这是一类包括IL-12并源自生物来源（如细胞、蛋白质、抗体和激素）的药物。
德博尼斯评论说：“未来，我们或许能够建立个性化的现场药物生产来治疗癌症和其他疾病。”生物工程教授、德克萨斯州癌症预防和研究所学者兼莱斯生物技术启动平台主任的奥米德·维塞赫表示：“要实现这一临床愿景，需要增强的预测工具和对给药变化的响应机制。”
德博尼斯对莱斯大学研究计算中心（CRC）的支持表示感谢，这使得团队能够更快速地分析更大的数据集。
德博尼斯说：“我们进行的大部分数据拟合和优化都是计算密集型的。通过将耗时的任务分担给数据集群，我们能够更快地进行测试并验证我们的发现，进而快速迭代和完善我们的模型。”
这项研究得到了韦尔奇基金会（C-1995）、卫生高级研究计划局（AY1AX000003）和国家科学基金会（1338099）对莱斯CRC的资助支持。
