Принципы математического моделирования комбинированных воздействий в биологии и медицине (обзор литературы)

«Радиация и риск». 2015. Том 24. № 1, с.61-73

Сведения об авторах

Жураковская Г.П. – вед. научн. сотр., д.б.н. МРНЦ им. А.Ф. Цыба – филиал ФГБУ «НМИРЦ» Минздрава России. Контакты: 249036, Калужская обл., Обнинск, ул. Королева, 4. Тел.: (484) 399-70-08; e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. .
Петин В.Г. – зав. лаб., д.б.н., профессор. МРНЦ им. А.Ф. Цыба – филиал ФГБУ «НМИРЦ» Минздрава России.

Аннотация

Использование комбинированных воздействий факторов разной природы на биологические объекты с различным уровнем организации генома в биологии и медицине в настоящее время широко распространено. Повышенное внимание эта проблема приобрела, когда во многих исследованиях была показана значимость синергического взаимодействия агентов, приводящая к многократному усилению эффекта. Новые знания определили необходимость учитывать как качественный характер взаимодействия, так и количественно оценивать величину синергического эффекта. В связи с этим в литературе появилось большое количество работ, в которых представлены математические модели комбинированных воздействий ионизирующего излучения с факторами другой природы, развитием которых стало математическое моделирование взаимодействия лекарственных препаратов. Использование математических моделей может стать существенным вкладом в разработку новых методов комбинированной терапии химическими препаратами посредством прогнозирования суммарного эффекта. Цель настоящего обзора – представить многовариантность математического моделирования комбинированных воздействий на биообъекты, а также предложить современное видение возможности его применения в практической медицине для успешного прогнозирования результатов применения сочетаний различных лекарственных препаратов.

Ключевые слова
Математическое моделирование, комбинированное воздействие, синергизм, антагонизм, оптимизация, прогнозирование, ионизирующее излучение, лекарственные препараты, радиобиология, медицина, сочетание лекарственных препаратов.

Список цитируемой литературы

1. Sucher N.J. Searching for synergy in silico, in vitro and in vivo //Synergy. 2014. V. 1, N 1. P. 30-43.

2. Виленчик М.М. Радиобиологические эффекты и окружающая среда. М.: Энергоатомиздат, 1991. 160 с.

3. Циммер К.Г. Проблемы количественной радиобиологии. М.: Госатомиздат, 1962. 100 с.

4. Тимофеев-Ресовский Н.В., Иванов В.И., Корогодин В.И. Применение принципа попадания в диобиологии. М.: Атомиздат, 1968. 228 с.

5. Хуг О., Келлерер А. Стохастическая радиобиология. М.: Атомиздат, 1969. 183 с.

6. Дертингер Г., Юнг Х. Молекулярная радиобиология. М.: Атомиздат, 1973. 248 с.

7. Капульцевич Ю.Г. Количественные закономерности лучевого поражения клеток. М.: Атомиздат, 1978. 230 с.

8. Иванов В.К. Математическое моделирование и оптимизация лучевой терапии опухолей. М.: Энергоатомиздат, 1986. 144 с.

9. Dugan V.L. A kinetic analysis of spore inactivation in a composite heat and gamma radiation environment //Space Life Sciences. 1971. V. 2, N 3. P. 498-505.

10. Trujillo R., Dugan V.L. Synergistic inactivation of viruses by heat and ionizing radiation //Biophysical J. 1972. V. 12, N 2. P. 92-113.

11. Reynolds M.C., Brannen J.F. Thermal enhancement of radiosterilization //Rad. Preservation of Food. Vienna: IAEA, 1973. P. 165-170.

12. Kappos A., Pohlit W.A. A cybernetic model for radiation reaction in living cells. Sparsely-ionising radiation: stationary cells //Int. J. Radiat. Biol. 1972. V. 22, N 1. P. 51-65.

13. Brannen J.P. A temperature- and dose rate-dependent model for the kinetics of cellular response to ionising radiation //Radiat. Res. 1975. V. 62, N 3. P. 379-387.

14. Jain V.K., Pohlit W. Biocybirnetics of Cancer. Optimizing Cancer Treatment with Ionizing Radiations. Banglore: INSDOC, 1986. 207 с.

15. Barendsen G.W. Interaction of the LET dependence of radiation induced lethal and sublethal lesions in mammalian cells //Biophysical Modelling of Radiation Effects /Eds.: Chadwick K.H., Mschini G. аnd Varma M.N. Bristol: Adam Hilger, 1992. P. 13-20.

16. Curtis S.B. Application of the LPL model to mixed radiations cells //Biophysical Modelling of Radiation Effects /Eds.: Chadwick K.H., Mschini G. and Varma M.N. Bristol: Adam Hilger, 1992. P. 21-28.

17. Zaider M., Branner D.J. The application of the principle of «dual radiation action» in biophysical modelling cells //Biophysical Modelling of Radiation Effects /Eds.: Chadwick K.H., Mschini G. and Varma M.N. Bristol: Adam Hilger, 1992. P. 37-46.

18. Leenhouts H.P., Chadwick K.H. An analysis of synergistic sensitization //Brit. J. Cancer. 1978. V. 37, Suppl. III. P. 198-201.

19. Chadwick K.H., Leenhouts H.P. The Molecular Theory of Radiation Biology. Berlin-Heidelberg-New York: Springer Verlag, 1981. 271 p.

20. Обатуров Г.М., Семенов В.П. О молекулярной теории Чадвика и Линхаутса //Радиобиология. 1980. Т. 20, Вып. 2. С. 163-168.

21. Tobias C.A., Blakely E.A., Ngo F.Q.H., Yang T.C.H. The repair-misrepair model of cell survival //Radiation Biology and Cancer Research /Eds. Meyn A., Withers R. 1978. P. 195-230.

22. Tobias C.A. The repair-misrepair model in radiobiology: comparison to other model //Radiat. Res. 1985. V. 104, N 2. P. 77-92.

23. Ben-Hur E. Mechanisms of the synergistic interaction between hyperthermia and radiation in cultured mammalian cells //J. Radiat. Res. 1976. V. 17, N 2. P. 92-98.

24. Ben-Hur E., Elkind M.M. DNA damage and repair in hyperthermic mammalian cells: relation to enhanced cell killing //Radiation Research Biomedical, Chemical and Physical Perspectives. Academ. Press, 1975. P. 703-717.

25. Ben-Hur E., Elkind M.M., Sronk B.V. Thermaly enchanced radioresponse of cultured Chinese hamster cells: inhibition of sublethal damage and enchancement of lethal damage //Radiat. Res. 1974. V. 58, N 1. P. 38-51.

26. Dikomey E. Different cytotoxic effects of hyperthermia below and above 43 oC alone or combined with X irradiation //Radiat. Res. 1981. V. 88, N 2. P. 489-501.

27. Ager D.D., Haynes R.H. Mathematical description of the interactions between cellular inactivating agents //Radiat. Res. 1987. V. 110, N 1. P. 129-141.

28. Haynes R.H. Molecular localization of radiation damage relevant to bacterial inactivation //Physical Processes in Radiation Biology. New York: Academic Press, 1964. P. 51-72.

29. Loshek D.D., Orr J.S., Solomonidis E. Interaction of hyperthermia and radiation: a survival model //Cancer Therapy by Hyperthermia and Radiation /Eds.: Streffer C. et al. Baltimore-Munich: Urban&Schwarzenberg, 1978. P. 211-213.

30. Zaider M., Rossi H.H. The Synergistic effects of different radiations //Radiat. Res. 1980. V. 83, N 3. P. 732-739.

31. Kellerer A.M., Rossi H.H. A generalized formulation of dual radiation action //Radiation Research. 1978. V. 75. P. 471-488.

32. Комаров В.П., Петин В.Г. Математическая модель одновременного воздействия ионизирующей радиации и гипертермии //Радиобиология. 1983. Т. 23, № 4. С. 484-488.

33. Петин В.Г., Комаров В.П. Количественное описание модификации радиочувствительности. М: Энергоатомиздат, 1989. 190 с.

34. Петин В.Г., Жураковская Г.П., Комарова Л.Н. Радиобиологические основы синергических взаимодействий в биосфере. М.: ГЕОС, 2012. 219 с.

35. Ritz C., Streibig J.C. From additivity to synergism – A modelling perspective //Synergy. 2014. V. 1, N 1. P. 22-29.

36. Jonker D.M., Sandra A.G., Visser P.H., van der Graaf R.A., Voskuyl M.D. Towards a mechanism-based analysis of pharmacodynamic drug-drug interactions in vivo //Pharmacology & Therapeutics. 2005. V. 106, N 1. P. 1-18.

37. Jones L.B., Secomb T.W., Dewhirst M.W., El-Kareh A.W. The additive damage model: A mathematical model for cellular responses to drug combinations //Journal of Theoretical Biology. 2014. V. 357. P. 10-20.

38. Chou T-C., Talalay P. Analysis of combined drug effects: a new look at very old problem //Trends Pharmacol. Sci. 1983. V. 4. P. 450-454.

39. Boik J.C., Newman R.A. A classification model to predict synergism/antagonism of cytotoxic mixtures using protein-drug docking scores //BMC Pharmacology. 2008. V. 29. P. 8-13.

40. Boik J.C., Newman R.A., Boik R.J. Quantifying synergism/antagonism using nonlinear mixed-effects mod-eling: a simulation study //Stat. Med. 2008. V. 27, N 7. P.1040-1061.

41. Tao Y.S., Guo Q. A mathematical model of combined therapies against cancer using viruses and inhibitors //Science in China. Series A: Mathematics. 2008. V. 51, N 12. P. 2315-2329.

42. Gruvez B., Dauphin A., Tod M. A mathematical model for paroxitin antidepressant effect time and its inter-action with pindolol //J. Pharmacokinet. Pharmacodyn. 2005. V. 32, N 5-6. P. 663-683.

43. Kamangira B., Nyamugure P., Magombedze G. A theoretical mathematical assessment of the effective-ness of coartemether in the treatment of Plasmodium falciparum malaria infection //Mathematical Biosciences. 2014. V. 256. P. 28-41.

44. Morel B.F., Burke M.A., Kalagnanam J., McCarthy S. A., Tweardy D.J., Morel P.A. Making sense of the combined effect of interleukin-2 and interleukin-4 on lymphocytes using a mathematical model //Bulletin of Mathematical Biology. 1996. V. 58, N 3. P. 569-594.

45. Hu Y., Li D., Han X. Analysis of combined effects of nonylphenol and Monobutil phthalate on rat Sertoli cells applying two mathematical models //Food and Chemical Toxicology. 2012. V. 50. P. 457-463.

46. Tallarida R.J. Quantitative methods for assessing drug synergism //Genes & Cancer. 2011. V. 2, N 11. P. 1003-1008.

Полная версия статьи