Math can help uncover cancer's secrets | Irina Kareva

Μετάφραση: Dimitra Diamanti Επιμέλεια: Chryssa R. Takahashi

I am a translator.

Είμαι μεταφράστρια.

I translate from biology into mathematics

Μεταφράζω από βιολογία σε μαθηματικά

and vice versa.

και το αντίθετο.

I write mathematical models

Δημιουργώ μαθηματικά μοντέλα,

which, in my case, are systems of differential equations,

που στην περίπτωσή μου αφορούν σύστημα διαφορετικών εξισώσεων

to describe biological mechanisms,

περιγραφής βιολογικών μηχανισμών,

such as cell growth.

όπως η ανάπτυξη των κυττάρων.

Essentially, it works like this.

Ουσιαστικά, λειτουργεί κάπως έτσι:

First, I identify the key elements

Αρχικά, προσδιορίζω τα βασικά στοιχεία

that I believe may be driving behavior over time

που πιστεύω ότι οδηγούν σε προοδευτική συμπεριφορά

of a particular mechanism.

συγκεκριμένων μηχανισμών.

Then, I formulate assumptions

Κατόπιν, διατυπώνω συμπεράσματα

about how these elements interact with each other

σχετικά με το πώς αυτά τα στοιχεία αλληλεπιδρούν μεταξύ τους

and with their environment.

και με το περιβάλλον τους.

It may look something like this.

Κάπως έτσι δηλαδή.

Then, I translate these assumptions into equations,

Στη συνέχεια, μεταφράζω τα συμπεράσματα σε εξισώσεις,

which may look something like this.

δηλαδή κάπως έτσι.

Finally, I analyze my equations

Τέλος, αναλύω τις εξισώσεις μου

and translate the results back into the language of biology.

και μεταφράζω τα αποτελέσματα ξανά στη γλώσσα της βιολογίας.

A key aspect of mathematical modeling

Ένα βασικό στοιχείο της μαθηματικής μοντελοποίησης

is that we, as modelers, do not think about what things are;

είναι ότι εμείς, ως δημιουργοί μοντέλων, δεν σκεφτόμαστε τι είναι τα πράγματα,

we think about what they do.

αλλά πώς λειτουργούν.

We think about relationships between individuals,

Σκεφτόμαστε τις σχέσεις που έχουν μεταξύ τους,

whether they be cells, animals or people,

είτε είναι κύτταρα, ζώα ή άνθρωποι

and how they interact with each other and with their environment.

και πώς αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και με το περιβάλλον τους.

Let me give you an example.

Να σας δώσω ένα παράδειγμα.

What do foxes and immune cells have in common?

Τι κοινό έχουν οι αλεπούδες με τα κύτταρα του ανοσοποιητικού;

They're both predators,

Είναι και τα δύο θηρευτές,

except foxes feed on rabbits,

μόνο που οι αλεπούδες τρέφονται με κουνέλια,

and immune cells feed on invaders, such as cancer cells.

ενώ το ανοσοποιητικό με εισβολείς, όπως τα καρκινικά κύτταρα.

But from a mathematical point of view,

Αλλά από μαθηματική άποψη,

a qualitatively same system of predator-prey type equations

μια υποθετική εξίσωση θηρευτή-θηράματος

will describe interactions between foxes and rabbits

θα περιέγραφε την αλληλεπίδραση αλεπούδων-κουνελιών

and cancer and immune cells.

και καρκίνου-ανοσοποιητικού.

Predator-prey type systems have been studied extensively

Η μεθοδολογία θηρευτή-θηράματος έχει μελετηθεί αναλυτικά

in scientific literature,

στην επιστημονική βιβλιογραφία

describing interactions of two populations,

περιγράφοντας αλληλεπιδράσεις δύο πληθυσμών,

where survival of one depends on consuming the other.

όπου η επιβίωση του ενός εξαρτάται από την κατανάλωση του άλλου.

And these same equations provide a framework

Και αυτές οι ίδιες εξισώσεις είναι το πλαίσιο

for understanding cancer-immune interactions,

κατανόησης της διάδρασης καρκίνου-ανοσοποιητικού,

where cancer is the prey,

όπου ο καρκίνος είναι το θήραμα

and the immune system is the predator.

και το ανοσοποιητικό ο θηρευτής.

And the prey employs all sorts of tricks to prevent the predator from killing it,

Και το θήραμα επιστρατεύει διάφορα κόλπα ώστε να μην το αφανίσει ο θηρευτής,

ranging from camouflaging itself

όπως το να καμουφλάρεται

to stealing the predator's food.

ή το να κλέβει την τροφή του θηρευτή.

This can have some very interesting implications.

Αυτό έχει κάποιες ενδιαφέρουσες συνέπειες.

For example, despite enormous successes in the field of immunotherapy,

Για παράδειγμα, παρά την τεράστια εξέλιξη στον τομέα της ανοσοθεραπείας,

there still remains somewhat limited efficacy

υπάρχει ακόμη περιορισμένη αποτελεσματικότητα

when it comes solid tumors.

στους συμπαγείς όγκους.

But if you think about it ecologically,

Όμως, αν το σκεφτείς οικολογικά

both cancer and immune cells --

και ο καρκίνος και το ανοσοποιητικό,

the prey and the predator --

το θήραμα και ο θηρευτής,

require nutrients such as glucose to survive.

θέλουν θρεπτικά συστατικά, όπως η γλυκόζη, για να επιβιώσουν.

If cancer cells outcompete the immune cells for shared nutrients

Αν τα καρκινικά κύτταρα υπερτερούν του ανοσοποιητικού στους κοινούς πόρους

in the tumor microenvironment,

στο μικροπεριβάλλον του όγκου,

then the immune cells will physically not be able to do their job.

τότε το ανοσοποιητικό δεν θα μπορέσει να κάνει τη δουλειά του.

This predator-prey-shared resource type model

Αυτό το μοντέλο κοινών πόρων μεταξύ θηρευτή-θηράματος

is something I've worked on in my own research.

το έχω μελετήσει και στη δική μου έρευνα

And it was recently shown experimentally

και τα πειράματα έδειξαν πρόσφατα

that restoring the metabolic balance in the tumor microenvironment --

ότι αν επανέλθει η μεταβολική ισορροπία στο μικροπεριβάλλον του όγκου --

that is, making sure immune cells get their food --

δηλαδή, αν τα κύτταρα του ανοσοποιητικού λαμβάνουν την τροφή τους --

can give them, the predators, back their edge in fighting cancer, the prey.

έχουν το πλεονέκτημα, ο θηρευτής δηλαδή, να πολεμήσει τον καρκίνο, το θήραμα.

This means that if you abstract a bit,

Αυτό αν το συνοψίσουμε κάπως,

you can think about cancer itself as an ecosystem,

μπορούμε να φανταστούμε τον καρκίνο σαν ένα οικοσύστημα,

where heterogeneous populations of cells compete and cooperate

όπου ετερογενείς πληθυσμοί κυττάρων ανταγωνίζονται και συνεργάζονται

for space and nutrients,

για χώρο και τροφή,

interact with predators -- the immune system --

αλληλεπιδρούν με τον θηρευτή -- το ανοσοποιητικό σύστημα --

migrate -- metastases --

μετακινούνται -- κάνουν μετάσταση --

all within the ecosystem of the human body.

όλα μέσα στο οικοσύστημα του ανθρώπινου σώματος.

And what do we know about most ecosystems from conservation biology?

Και τι γνωρίζουμε για τα οικοσυστήματα από τη βιολογία της διατήρησης;

That one of the best ways to extinguish species

Ότι ο καλύτερος τρόπος για την εξάλειψη ενός είδους

is not to target them directly

δεν είναι να το στοχεύσεις απ' ευθείας,

but to target their environment.

αλλά να στοχεύσεις το περιβάλλον του.

And so, once we have identified the key components

Έτσι, εφόσον καταλάβουμε τη βασική δομή

of the tumor environment,

του περιβάλλοντος του όγκου,

we can propose hypotheses

μπορούμε να σχηματίσουμε μια υπόθεση

and simulate scenarios and therapeutic interventions

και να προσομοιώσουμε σενάρια και θεραπευτικές παρεμβάσεις

all in a completely safe and affordable way

με απόλυτα ασφαλή και οικονομικό τρόπο,

and target different components of the microenvironment

στοχεύοντας διαφορετικές δομές του μικροπεριβάλλοντος

in such a way as to kill the cancer without harming the host,

με τρόπο που θα εξαλείψει τον καρκίνο χωρίς να βλάψει τον ξενιστή,

such as me or you.

δηλαδή εμένα ή εσάς.

And so while the immediate goal of my research

Και ενώ ο άμεσος στόχος της έρευνάς μου

is to advance research and innovation

είναι η προώθηση της έρευνας και της καινοτομίας

and to reduce its cost,

και η μείωση του κόστους,

the real intent, of course, is to save lives.

ο πραγματικός στόχος φυσικά, είναι να σώσει ζωές.

And that's what I try to do

Και αυτό προσπαθώ να κάνω

through mathematical modeling applied to biology,

εφαρμόζοντας μαθηματικά μοντέλα στη βιολογία,

and in particular, to the development of drugs.

και συγκεκριμένα, στην εξέλιξη των φαρμάκων.

It's a field that until relatively recently has remained somewhat marginal,

Ένα πεδίο που μέχρι πρόσφατα παρέμενε στο περιθώριο,

but it has matured.

τώρα όμως έχει ωριμάσει.

And there are now very well-developed mathematical methods,

Και σήμερα υπάρχουν πολύ ανεπτυγμένες μαθηματικές μέθοδοι,

a lot of preprogrammed tools,

πολλά εργαλεία προγραμματισμού,

including free ones,

κάποια ακόμη και δωρεάν,

and an ever-increasing amount of computational power available to us.

και η συνεχώς αυξανόμενη δύναμη των υπολογιστών, όλα στη διάθεσή μας.

The power and beauty of mathematical modeling

Η δύναμη και η ομορφιά των μαθηματικών μοντέλων

είναι ότι μας επιτρέπουν να επισημοποιήσουμε,

lies in the fact that it makes you formalize,

in a very rigorous way,

με έναν ιδιαίτερα σχολαστικό τρόπο,

what we think we know.

ό,τι πιστεύουμε ότι γνωρίζουμε.

We make assumptions,

Κάνουμε υποθέσεις,

translate them into equations,

τις μεταφράζουμε σε εξισώσεις,

run simulations,

διεξάγουμε προσομιώσεις,

all to answer the question:

όλα για να απαντήσουμε στην ερώτηση:

In a world where my assumptions are true,

Σε έναν κόσμο όπου οι υποθέσεις μου αληθεύουν,

what do I expect to see?

τι περιμένω να δω;

It's a pretty simple conceptual framework.

Είναι ένα απλό, εννοιολογικό πλαίσιο.

It's all about asking the right questions.

Πρέπει μόνο να κάνετε τις σωστές ερωτήσεις.

But it can unleash numerous opportunities for testing biological hypotheses.

Μπορεί όμως να παρέχει άπειρες ευκαιρίες για πειραματισμό υποθέσεων.

If our predictions match our observations,

Αν οι προβλέψεις μας ταιριάζουν με τις παρατηρήσεις μας

great! -- we got it right, so we can make further predictions

τέλεια -- το πετύχαμε, οπότε κάνουμε κι άλλες υποθέσεις

by changing this or that aspect of the model.

αλλάζοντας τα χαρακτηριστικά του μοντέλου.

If, however, our predictions do not match our observations,

Αν, όμως, οι προβλέψεις μας δεν ταιριάζουν με τις παρατηρήσεις μας,

that means that some of our assumptions are wrong,

αυτό σημαίνει ότι κάποιες υποθέσεις είναι λανθασμένες

and so our understanding of the key mechanisms

και η κατανόηση του βασικού μηχανισμού

of underlying biology

της θεμελιώδους βιολογίας

is still incomplete.

είναι ακόμα ελλιπής.

Luckily, since this is a model,

Για καλή μας τύχη, αφού μιλάμε για μοντέλα,

we control all the assumptions.

έχουμε τον έλεγχο όλων των υποθέσεων.

So we can go through them, one by one,

Οπότε, μπορούμε να τις ξαναδούμε, μία-μία

identifying which one or ones are causing the discrepancy.

και να καταλάβουμε ποια, ή ποιες ευθύνονται για την απόκλιση.

And then we can fill this newly identified gap in knowledge

Και έπειτα να γεμίσουμε το κενό με νέα γνώση

using both experimental and theoretical approaches.

με πειραματική και θεωρητική προσέγγιση.

Of course, any ecosystem is extremely complex,

Φυσικά, κάθε οικοσύστημα είναι ιδιαίτερα περίπλοκο

and trying to describe all the moving parts is not only very difficult,

και η περιγραφή όλων των μερών δεν είναι μόνο δύσκολη,

but also not very informative.

αλλά ούτε και τόσο κατατοπιστική.

There's also the issue of timescales,

Υπάρχουν και τα χρονοδιαγράμματα,

because some processes take place on a scale of seconds, some minutes,

καθώς οι διαδικασίες ολοκληρώνονται σε δευτερόλεπτα, ή σε λεπτά,

some days, months and years.

σε μέρες, μήνες ή χρόνια.

It may not always be possible to separate those out experimentally.

Δεν είναι πάντα εφικτό να τα ξεχωρίσεις πειραματικά.

And some things happen so quickly or so slowly

Και κάποια πράγματα γίνονται τόσο γρήγορα ή τόσο αργά,

that you may physically never be able to measure them.

που ίσως να μην μπορείς να τα μετρήσεις.

But as mathematicians,

Αλλά, ως μαθηματικοί,

we have the power to zoom in on any subsystem in any timescale

μπορούμε να ζουμάρουμε σε οποιοδήποτε υποσύστημα, ανά πάσα στιγμή

και να προσομοιώσουμε τα αποτελέσματα των παρεμβάσεων

and simulate effects of interventions

that take place in any timescale.

που συνέβησαν σε οποιονδήποτε χρόνο.

Of course, this isn't the work of a modeler alone.

Φυσικά, ο δημιουργός μοντέλων δεν τα κάνει όλα μόνος του.

It has to happen in close collaboration with biologists.

Συνεργάζεται στενά με βιολόγους.

Και απαιτείται κάποια δυνατότητα μετάφρασης

And it does demand some capacity of translation

on both sides.

και από τις δύο πλευρές.

But starting with a theoretical formulation of a problem

Αλλά ξεκινώντας με τη θεωρητική ανάπτυξη ενός προβλήματος

can unleash numerous opportunities for testing hypotheses

παρέχονται άπειρες ευκαιρίες για πειραματισμό υποθέσεων

and simulating scenarios and therapeutic interventions,

και προσομοίωση σεναρίων και θεραπευτικών παρεμβάσεων,

με έναν απόλυτα ασφαλή τρόπο.

all in a completely safe way.

It can identify gaps in knowledge and logical inconsistencies

Μπορεί να βρεθούν κενά γνώσης και λογικές ασυνέπειες

and can help guide us as to where we should keep looking

και μπορούν να μας δείξουν προς τα που πρέπει να κοιτάξουμε

and where there may be a dead end.

και που μπορεί να υπάρχουν αδιέξοδα.

In other words:

Με άλλα λόγια:

mathematical modeling can help us answer questions

Τα μαθηματικά μοντέλα μας βοηθούν να απαντήσουμε ερωτήματα

που επηρεάζουν την υγεία των ανθρώπων --

that directly affect people's health --

that affect each person's health, actually --

που επηρρεάζουν την υγεία του καθένα μας--

because mathematical modeling will be key

γιατί τα μαθηματικά μοντέλα θα αποτελέσουν το κλειδί

to propelling personalized medicine.

της πρωώθησης εξατομικευμένων φαρμάκων.

And it all comes down to asking the right question

Και όλα εξαρτώνται από την κατάλληλη ερώτηση

and translating it to the right equation ...

και τη μετάφρασή της στην κατάλληλη εξίσωση...

and back.

και το αντίθετο.

Thank you.

Σας ευχαριστώ.

(Applause)

(Χειροκρότημα).